Rachel Anne McAdams 1978. november 17-én született Londonban, a kanadai Ontarioban.

7 éves volt, mikor először érdeklődést mutatott a fellépés iránt, s míg szülei nem bátortalanították el, nem is kerestek számára ügynököt. 2001-től sor került televíziós debütálására az MTV Shotgun Love Dolls című filmjében, mint Beth Swanson. Kanadai filmes debütálására ugyanebben az évben került sor, a My Name Is Tanino című vígjátékban. Az olasz-kanadai koprodukciót Szicíliában forgatták, így került sor 22 éves korában élete első repülőgépes utazására. Később Genie-díjra jelölték Kanadában Wendy Crewson karakterének tinikori megformálásáért a Perfect Pie című drámában. 2002-ben Hollywoodban is debütált, mikor Rob Schneider és Anna Faris oldalán volt látható a Tökös csaj nevű vígjátékban.

Rachel kitörő szerepét 2004-ben kapta meg, mikor Lindsay Lohan, Lacey Chabert és Amanda Seyfried oldalán szerepelt a Bajos Csajok című vígjátékban. A film 129 millió dollárt hozot világszerte, és két MTV Movie Awardot hozott Rachelnek.

Ezután, szintén 2004-ben a szintén kanadai Ryan Gosling oldalán szerepelt a Szerelmünk lapjai című romantikus drámában, mely Nicholas Sparks azonos című regényén alapul. Rachel ezután Cillian Murphy mellett tűnt fel Wes Craven thrillerében, az Éjszakai járatban, amiben egy hotel fiatal menedzserét alakította. 2005 végén Rachel szerepelt a Kőkemény család című karácsonyi vígjátékban, méghozzá Sarah Jessica Parker, Diane Keaton és Paul Schneider oldalán. Ez a szerep lehetőséget biztosított neki arra, hogy a megszokott "nyilvánvaló" barátnő vagy feleség helyett ezúttal egy kócos és cinikus testvér bőrébe bújjon.

2009-ben Russel Crowe, Helen Mirren és Ben Affleck oldalán volt látható A dolgok állása című politikai thrillerben, amely az azonos nevű BBC drámasorozaton alapul. 2009-ben Eric Bana oldalán volt látható Az időutazó felesége című romantikus sci-fi drámában, amely Audrey Niffenegger azonos nevű bestseller-regényén alapul. 2009 végén Robert Downey Jr. és Jude Law mellett alakított főszerepet a Sherlock Holmes-ban. 2010-ben ismét Diane Keaton, valamint Harrison Ford oldalán volt látható, ezúttal az Ébredj velünk című Roger Michell-filmben, melyben egy televíziós producert alakít, aki megpróbálja feltornászni egy reggeli televíziós műsor nézettségét.

2011-ben szerepelt Woody Allen romantikus vígjáték-fantasy filmjében, az Éjfélkor Párizsban című filmben, méghozzá az Ünneprontók ünnepe-beli partnere, Owen Wilson, valamint Michael Sheen oldalán. 2012-ben Channing Tatum oldalán tűnt fel a Fogadom című romantikus drámában, ami igaz történeten alapul. 2013-ban Ben Affleck oldalán szerepelt Terrence Malick To the Wonder című romantikus drámájában. 2013 végén Domhnall Gleeson oldalán szerepelt az Időről időre című romantikus vígjáték-drámában.

2014 végén csillagot kapott a kanadai Hírességek Sétányán.

2015-ben visszatért a televíziózáshoz, és Ani Bezzerides nyomozóként tűnt fel az HBO A törvény nevében című sorozatának második évadában, méghozzá Ünneprontók ünnepe-beli kollégája, Vince Vaughn, valamint Colin Farrell és Taylor Kitsch oldalán.

2016-ban a kislány anyukájának hangja volt A kis herceg című animációs filmben, valamint Benedict Cumberbatch oldalán tűnt fel a Doctor Strange című Marvel szuperhős filmben.