Figlia di una famiglia benestante, la madre, Ellen Wells, era una banchiera statunitense di origini inglesi, mentre il padre, James Shue, è un avvocato statunitense di remote origini tedesche. Quando i genitori divorziano lei è ancora bambina. Intraprende gli studi superiori e, nel frattempo, appare in alcuni spot pubblicitari. Il debutto cinematografico avviene nel 1984, con la partecipazione al primo film della saga di Karate Kid, in cui interpreta la fidanzata di Daniel LaRusso (Ralph Macchio).

Da allora le sue interpretazioni la vedono protagonista in film di grande successo, quali Cocktail, Ritorno al futuro - Parte II e Ritorno al futuro - Parte III, Via da Las Vegas, film in cui è co-protagonista con Nicolas Cage e per il quale riceve l'Independent Spirit Award per la miglior attrice protagonista. Oltre alla partecipazione da coprotagonista al film Il Santo, con Val Kilmer, recita nel thriller L'uomo senza ombra accanto a Kevin Bacon e a Josh Brolin e nel 2012 interpreta l'horror Hates - House at the End of the Street col premio Oscar Jennifer Lawrence. Dal 2012 fa parte del cast principale della serie televisiva CSI - Scena del crimine, esordendo nel quattordicesimo episodio della dodicesima stagione.

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