Vinessa Shaw fait sa première apparition sur le grand écran à l’âge de 16 ans, dans la comédie sportive Ladybugs. La jeune californienne, qui poursuit parallèlement une carrière de mannequin et fait notamment la couverture de Vogue et Seventeen, tient un second rôle dans Hocus Pocus, face au trio de sorcières mené par Bette Midler. pagebreakEn 1996, elle est la vedette du film pour ados Indomptables. Deux ans après, elle décroche son premier grand rôle avec I Love L.A, où elle joue le rôle d’une jeune actrice désireuse de percer à Hollywood. L'année suivante, elle se fait remarquer dans Eyes Wide Shut de Stanley Kubrick, en interprétant Domino, la prostituée à grand cœur, qui tente de comprendre Tom Cruise. En 2000, elle est à l'affiche du Poids de l'eau de Kathryn Bigelow, dans le rôle d’une immigrante norvégienne aux côtés de Sean Penn. Elle fait partie également de la comédie Corky Romano, donne la réplique àJosh Hartnettdans 40 jours et 40 nuits et partenaire de Will Ferrell dans le dernier opus new-yorkais en date de Woody Allen Melinda et Melinda. pagebreakVinessa Shaw est la vedette du film indépendant Bereft, présenté au Tribeca Film Festival et en sélection officielle à l’AFI Los Angeles, au Festival de Chicago et à celui de Seattle. Son interprétation dans ce film lui vaut le prix Rising Star au Hamptons Film Festival.En 2006, elle est à l’affiche de La Colline a des yeux du français Alexandre Aja, un remake du film d'horreur de 1977 réalisé par Wes Craven. Un an après, elle est au générique du western 3H10 pour Yuma de James Mangold, opposant Russell Crowe à Christian Bale. Dans la comédie Two lovers de James Gray, présentée au Festival de Cannes 2008, c'est entre elle et Gwyneth Paltrow que Joaquin Phoenix doit choisir.pagebreakCôté petit écran, elle joue dans le téléfilm Fathers And Sons, dans la minisérie à succès The '70s, produite par Denise Di Novi et la série Fallen Angels réalisé par Steven Soderbergh.
