Уотерстон родилась в Вестминстере, Лондон, в семье актёра Сэма Уотерстона и бывшей модели Линн Луизы Вудрафф. После обучения актёрской профессии в школе искусств Тиша Нью-Йоркского университета, она начала свою карьеру на экране и впоследствии появилась в нескольких независимых фильмах. В конце 2000-х Уотерстон перебралась в Лос-Анджелес, где выступала на театральной сцене и брала на себя небольшие роли в фильмах «Штурмуя Вудсток» и «Быть Флинном». В 2012 году она появилась в нескольких эпизодах сериала HBO «Подпольная империя». Прорывом в её карьере стала роль второго плана в фильме 2014 года «Врождённый порок», которая принесла ей номинацию на премию «Спутник». После этого она получила ведущую роль наравне с Элизабет Мосс в фильме «Королева Земли», а также роль экс-супруги главного героя в байопике «Стив Джобс».