Mary Elizabeth Winstead nació en noviembre de 1984 en la localidad de Rocky Mount (Carolina del Norte), en los Estados Unidos.
Mary Elizabeth siempre sintió deseos de ser bailarina por lo que estudió, desde los 11 años, en la escuela
Joffrey Ballet School de New York y, simultáneamente tomó clases de actuación.
Comenzó su carrera actoral a los 13 años, en distintos episodios de las series "
Touched by an Angel" y "
Promised Land"; posteriormente obtuvo el rol de
Jessica Bennett en la telenovela "
Passions", en la que estuvo entre 1999 y 2000.
En 2005 debutó en cine interpretando a
Gwen Grayson en la comedia juvenil "
Super Escuela de Héroes". Ese mismo año tuvo un papel secundario en la película de terror "
The ring two - La señal 2", secuela de la película "
The ring - La señal" (2002), protagonizada por
Naomi Watts.
Al año siguiente protagonizó "
Destino final 3" (2006), haciendo el papel principal de
Wendy Christensen, y también pudo vérsela en "
Negra navidad" y en el drama "
Bobby", cuyo elenco encabezaron
Laurence Fishburne,
Anthony Hopkins,
Ashton Kutcher,
William H. Macy,
Martin Sheen,
Demi Moore,
Elijah Wood y
Shia LaBeouf, con quien compartió casí todas sus escenas.
Winstead continuó su carrera con los largometrajes "
Grindhouse" (2007), película dirigida por
Robert Rodriguez y
Quentin Tarantino; y "
La jungla 4.0" junto a
Bruce Willis. Su último trabajo fue protagonizando a
Ramona Flowers en "
Scott Pilgrim contra el mundo" (2010), junto a
Michael Cera.
Actualmente está trabajando en los largometrajes "
The Thing" (2011), un thriller de ciencia ficción que la tiene como protagonista; y en la comedia romántica "
The F Word" (2012), que protagoniza junto a
Casey Affleck.
En su vida personal,
Mary Elizabeth contrajo matrimonio con el guionista
Riley Stearns en octubre de 2010.