Actrice, mannequin, productrice et réalisatrice américaine, Heather Graham a débuté des études à l’université avant de se réorienter vers la comédie sous l’influence de James Woods. Comme beaucoup, elle commence par être mannequin et apparaît dans plusieurs publicités. Parallèlement, elle arpente aussi les scènes de théâtre et joue quelques petits rôles sans importance au cinéma au cours des années 80.
Elle commence toutefois à se faire remarquer dans la comédie Plein pot (Beeman, 1988), mais c’est sa composition d’une droguée dans l’indépendant Drugstore Cowboy (Van Sant, 1989) qui lui vaut des louanges. Après un rôle dans Je t’aime à te tuer (Kasdan, 1991), elle rencontre un joli succès grâce à la série Twin Peaks de David Lynch. Elle participe dans la foulée au film Twin Peaks, Fire Walk with Me (Lynch, 1992). Heather Graham enchaîne avec Even Cowgirls Get the Blues (Van Sant, 1993), Six degrés de séparation (Shepisi, 1993) et Mrs Parker et le cercle vicieux (Rudolph, 1994).
Elle doit encore attendre 1997 pour accéder à des rôles de premier plan et devenir une star. Elle joue alors dans Nowhere (Araki, 1997), Scream 2 (Craven, 1997) et surtout Boogie Nights (Anderson, 1997). Après être devenue l’égérie d’un certain cinéma indépendant, Heather Graham tourne des films plus commerciaux comme Perdus dans l’espace (Hopkins, 1998), Austin Powers, l’espion qui m’a tirée (Roach, 1999), From Hell (Hughes, 2001), Feu de glace (Kaige, 2002) et Le gourou et les femmes (Mayer, 2002).
Malheureusement, les années 2000 sont plus difficiles avec plusieurs échecs commerciaux ou des films moins commerciaux comme Mary (Ferrara, 2005). Elle commence donc à apparaître de plus en plus souvent à la télévision. Dans ce long tunnel, elle participe tout de même au succès Very Bad Trip (Phillips, 2009) et revient dans Very Bad Trip 3 (Phillips, 2013). Par la suite, on la retrouve à l’affiche de Horns (Aja, 2013). Si elle survit grâce à quelques séries télévisées, elle décide de passer à la réalisation en 2018 avec Half Magic.
A la même époque, elle fait partie des nombreuses accusatrices dénonçant les agissements du producteur Harvey Weinstein. Récemment, elle est en tête du casting de The Last Son (Sutton, 2021).