1976'da Winthrop, Iowa'da doğdu. Sharon ve fabrika işçisi Robert Monaghan çiftinin çocuğudur. Bob ve John adlarında 2 ağabeyi vardı. East Buchanan Lisesi'ni bitirdikten sonra Columbia College Chicago'da gazetecilik eğitimi almaya başladı. Bu dönemde modellik de yaptı, ancak oyunculuk hayalini gerçekleştirmek için mezuniyetine 1 yıl kala okulu bıraktı. Çeşitli dizi ve filmlerdeki rolleriyle Hollywood'da adını duyumaya başladı. 2005'te Bay ve Bayan Smith, Kiss Kiss Bang Bang gibi filmlerle dikkat çekti. 2006 yapımı Görevimiz Tehlike 3 filminde Julia Maede karakterini canlandırdı.
Made of Honor (2008), Eagle Eye (2008), Source Code (2011) gibi yapımlarla adını daha çok insana ulaştırdı. 2014'te True Detective'in ilk sezonunda Maggie karakterini canlandırdı. 2016'da başlayan The Path dizisinde başrolde oynadı. Mission Impossible serisine 2018'deki Fallout filmiyle dönüş yaptı.
2005'te Avustralyalı grafik sanatçısı Peter White ile evlenen Monaghan'ın 2008 ve 2013 doğumlu iki çocuğu bulunmaktadır.