Fille d’un père avocat et d’une mère assistance sociale, Amanda Peet naît à New York le 11 janvier 1972. Alors qu’elle poursuit des études d’histoire à l’université de Columbia, elle passe une audition auprès d’un professeur d’art dramatique et décide peu après d’embrasser une carrière de comédienne.
Elle débute dans plusieurs films publicitaires puis interprète des petits rôles à la télévision. En 1995, elle joue dans le film Animal Room, dans lequel elle donne la réplique à Neil Patrick Harris, qui deviendra une dizaine d’années plus tard l’inénarrable Barney Stinson dans la série-culte How I met your mother.
Sa carrière au cinéma prend cependant un envol décisif au début des années 2000, suite à sa participation dans le film Mon voisin le tueur , aux côtés de Bruce Willis, puis dans Sexe attitudes, tous deux sortis en 2000. Devenant l’archétype de la girl next door, puis propulsée dans les classements des plus belles femmes du monde, elle poursuit sa carrière dans le thriller Identity (2003) emmené par John Cusack, puis dans la comédie romantique 7 ans de séduction auprès d’Ashton Kutcher. On la retrouve en 2009 en tant que premier rôle féminin dans le film catastrophe 2012, de Roland Emmerich, toujours aux côtés de John Cusack.
Elle épouse en 2006 l’auteur David Benioff. De leur union naissent trois enfants : Frances Pen, née 21 février 2007, Molly June, née le 19 avril 2010 et Henry, né le 7 décembre 2014.