È diventata celebre a livello internazionale interpretando l'agente della CIA Sydney Bristow nella serie televisiva Alias (dal 2001 al 2006), ruolo che l'ha portata a ricevere quattro nomination consecutive ai Golden Globe (dal 2002 al 2005) come miglior attrice in una serie drammatica, ottenendo una vittoria nel 2002. Sempre per la sua performance in Alias la Garner ha vinto anche uno Screen Actors Guild Awards nel 2005. Durante il telefilm ha ricoperto contemporaneamente ruoli minori in varie pellicole come Pearl Harbor (2001) e Prova a prendermi (2002), ma anche ruoli da protagonista o coprotagonista in film come Daredevil (2003) e 30 anni in un secondo (2004); dopo la chiusura della serie ha recitato da protagonista in vari film, tra cui The Kingdom (2007), La rivolta delle ex (2009) e Dallas Buyers Club (2013).