Morrison modelte als Kind und trat in Werbespots auf. Grössere Aufmerksamkeit erhielt sie erstmals im Alter von zehn Jahren, als sie neben dem populären Basketballspieler Michael Jordan auf dem Cover der Sports Illustrated for Kids zu sehen war.

1994 gab sie ihr Filmdebüt neben Richard Gere und Sharon Stone in Begegnungen – Intersection. Es folgten Auftritte in der Komödie Das Wunder von Manhattan und den Horrorfilmen Echoes – Stimmen aus der Zwischenwelt und Düstere Legenden 2. Parallel zu ihrer Tätigkeit als Schauspielerin absolvierte sie ihr Studium in Englisch und Theaterwissenschaft an der Loyola University Chicago in nur drei Jahren. Den Sommer des Jahres 2000 verbrachte sie mit einer Ausbildung bei der Steppenwolf Theatre Company in Chicago.

Der Durchbruch als Schauspielerin gelang ihr durch die Serie Dr. House, in der sie von 2004 bis 2010 die Rolle der Dr. Allison Cameron spielte. 2005 war sie neben Brad Pitt und Angelina Jolie in Mr. & Mrs. Smith zu sehen. Im Computerspiel Command & Conquer 3: Tiberium Wars übernahm sie die Rolle von Lt. Kirce James. Im elften Star-Trek-Film, der im Mai 2009 in die Kinos kam, verkörpert sie in der Rolle der Winona Kirk die Mutter von Captain James T. Kirk. Ende 2009 stieg sie bei der Serie Dr. House aus und spielte am Broadway in New York. Sie kehrte allerdings für Gastauftritte in die Serie zurück. Ebenso war sie als Zoey Pierson in der sechsten Staffel der Sitcom How I Met Your Mother zu sehen. Seit 2011 spielt sie die Hauptrolle der Emma Swan in der vom Sender ABC produzierten Fantasyserie Once Upon a Time – Es war einmal ….

Von Dezember 2006 bis August 2007 war sie mit ihrem Schauspielerkollegen aus Dr. House, Jesse Spencer verlobt.

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