Patricia Rooney Mara se narodila 17. dubna 1985 v Bedfordu, New York. Pochází z prominentní rodiny s hlubokými kořeny v americkém fotbale. Její matka, Kathleen McNulty (rozená Rooney), je dcerou Wellingtona Rooneye, zakladatele týmu Pittsburgh Steelers. Její otec, Timothy Christopher Mara, je viceprezidentem pro rozvoj hráčů týmu New York Giants, který založil jeho dědeček, Tim Mara. Díky těmto rodinným vazbám je Rooney Mara spřízněna s dvěma z nejstarších franšíz NFL. Má tři sourozence – starší sestru Kate Maru, která je také herečkou, a dva bratry, Daniela a Conora. Dětství strávila v Bedfordu, kde navštěvovala Fox Lane High School. Po maturitě v roce 2003 cestovala po Jižní Americe, než začala studovat na George Washington University, odkud se po roce přestoupila na Gallatin School of Individualized Study na New York University. Zde studovala psychologii, mezinárodní sociální politiku a neziskové organizace, a promovala v roce 2010. Zpočátku se herectví bránila, protože se jí zdálo „hloupé“, ale sledování filmů se svou matkou a sestra Kate ji nakonec inspirovaly k tomu, aby to zkusila.
Rooney Mara začala svou hereckou kariéru menšími rolemi, často po boku své sestry Kate. Její první filmová role byla v hororu Městské legendy 3: Krvavá Mary (Urban Legends: Bloody Mary) z roku 2005. Následovaly role v televizních seriálech jako Zákon a pořádek: Útvar pro zvláštní oběti (Law & Order: Special Victims Unit) v roce 2006 a Pohotovost (ER) v roce 2009. Zlom v její kariéře nastal v roce 2010, kdy získala roli v dramatu Davida Finchera Sociální síť (The Social Network). Zde ztvárnila postavu Eriky Albright, bývalé přítelkyně Marka Zuckerberga, jejíž rozchod s ním je katalyzátorem celého příběhu o vzniku Facebooku. Ačkoliv se jednalo o menší roli, její výkon si získal uznání a otevřel jí dveře k dalším projektům. Ve stejném roce se objevila také v remaku hororu Noční můra v Elm Street (A Nightmare on Elm Street), kde hrála hlavní ženskou roli Nancy Holbrook.
Skutečnou mezinárodní pozornost si však získala v roce 2011 ztvárněním postavy Lisbeth Salander ve filmu Muži, kteří nenávidí ženy (The Girl with the Dragon Tattoo), opět pod režií Davida Finchera. Tato role byla obrovskou výzvou, která vyžadovala kompletní fyzickou i psychickou transformaci. Rooney Mara si musela nechat ostříhat vlasy, obarvit je načerno, podstoupila piercing obočí, nosu a bradavky, a výrazně zhubla. Strávila také čas studiem hackerství a jízdy na motorce, aby se co nejlépe vžila do postavy. Její intenzivní a přesvědčivý výkon jí vynesl nominaci na Oscara za nejlepší herečku a nominaci na Zlatý glóbus. Tato role ji etablovala jako jednu z nejtalentovanějších hereček své generace s odvahou přijímat náročné a nekonvenční postavy.
Po úspěchu s Lisbeth Salander se Rooney Mara záměrně vyhýbala komerčním blockbusterům a soustředila se na umělecky náročnější projekty. V roce 2013 se objevila ve vedlejší roli ve filmu Vedlejší účinky (Side Effects) Stevena Soderbergha a následně ve filmu Ona (Her) Spikea Jonze, kde ztvárnila bývalou manželku hlavního hrdiny. Její schopnost vcítit se do složitých postav a pracovat s renomovanými režiséry se stala jejím poznávacím znamením. V roce 2015 zazářila po boku Cate Blanchett v romantickém dramatu Carol režírovaném Toddem Haynesem. Za roli Therese Belivet, mladé prodavačky, která se zamiluje do starší vdané ženy, získala velký ohlas kritiky, cenu za nejlepší herečku na filmovém festivalu v Cannes a svou druhou nominaci na Oscara, tentokrát v kategorii nejlepší herečka ve vedlejší roli. Film byl kritikou oslavován pro svou citlivost a herecké výkony.
V následujících letech pokračovala v práci na zajímavých projektech. V roce 2016 se objevila v životopisném dramatu Lion, za které získala nominaci na cenu BAFTA. Následovaly filmy jako experimentální drama Přízrak (A Ghost Story) z roku 2017, kde si zahrála po boku Caseyho Afflecka, nebo biblický snímek Máří Magdaléna (Mary Magdalene) z roku 2018, kde ztvárnila titulní roli a seznámila se s budoucím partnerem Joaquinem Phoenixem. V roce 2021 se znovu sešla s režisérem Guillermo del Torem ve filmu Ulička nočních můr (Nightmare Alley), kde si zahrála po boku Bradleyho Coopera. Její nejnovější filmovou rolí je vedlejší postava v kritiky oceňovaném dramatu Women Talking (2022), které získalo Oscara za nejlepší adaptovaný scénář.
Její osobní život je často předmětem zájmu médií, zejména její vztah s hercem Joaquinem Phoenixem. Pár se seznámil na natáčení filmu „Ona“ v roce 2013, ale jejich vztah začal až po natáčení filmu „Máří Magdaléna“ v roce 2018. V roce 2019 se zasnoubili a v roce 2020 se jim narodil syn, kterého pojmenovali River na počest Joaquinova zesnulého bratra. Rooney Mara je známá svým veganským životním stylem a aktivismem za práva zvířat. Je spoluzakladatelkou veganské značky oblečení a doplňků „Hiraeth Collective“. V roce 2011 založila neziskovou organizaci „Faces of Kibera“, která se zaměřuje na pomoc sirotkům v Kibeře, chudinské čtvrti v Nairobi, v Keni. V současné době žije s rodinou v Los Angeles a nadále si pečlivě vybírá role, které ji umělecky oslovují.