La carriera di attrice di Rosario iniziò a 16 anni, quando il regista Larry Clark (che l'aveva notata per strada) le offrì una parte nel film Kids. Il film ebbe molto successo, così la giovane decise di continuare la sua carriera cinematografica e frequentò il Lee Strasberg Theatre and Film Institute.

Tra i suoi maggiori successi ci sono He Got Game e La 25ª ora, diretti da Spike Lee, e Men in Black II, nel quale recita accanto a Will Smith e Tommy Lee Jones. Nel 2004 ha recitato con Colin Farrell in Alexander, diretto da Oliver Stone, nella parte di Rossane, moglie di Alessandro Magno.

Tra agosto e settembre 2005 invece è apparsa sul palcoscenico del Delacorte Theatre a Central Park per recitare, con il ruolo di Julia, nel musical The Two Gentlemen of Verona di Galt MacDermot.

Nello stesso anno ha recitato nell'adattamento del musical Rent diretto da Chris Columbus, nel quale interpreta la ballerina sieropositiva Mimi Marquez, mostrando le sue notevoli doti canore. In seguito fa parte della trasposizione cinematografica della graphic novel Sin City nel ruolo della prostituta Gail. Un suo cameo nel film La casa del diavolo di Rob Zombie è stato invece tagliato dalla versione finale della pellicola.

Nel maggio 2006 ha realizzato, insieme a David Atchison, il comic book Occult Crimes Taskforce. Nello stesso anno ha preso parte ad altri tre film: Clerks II di Kevin Smith, Guida per riconoscere i tuoi santi dell'esordiente Dito Montiel e Extrema - Al limite della vendetta, del quale è anche produttrice.

Nel 2007 ha lavorato con Quentin Tarantino nel film Grindhouse - A prova di morte e ha partecipato al film Killshot di John Madden.

Nel 2008 ritrova Will Smith sul set del film Sette anime di Gabriele Muccino.

A partire dal 2015 interpreta l'infermiera Claire Temple nelle serie televisive del Marvel Cinematic Universe Daredevil, Jessica Jones, Luke Cage, Iron Fist e The Defenders.