Rachel Brosnahan nació el 12 de julio de 1990 en Milwaukee. Su madre Carol es inglesa y su padre Earl Brosnahan es de origen irlandés. Fue criada en una familia con una fuerte conexión con las artes, lo que influenció su interés temprano por la actuación. Desde los 4 años, se crio en Highland Park (Illinois).^[3]​ Tiene un hermano y una hermana menores.^[4]​ Es sobrina de la diseñadora de bolsos Kate Spade y del empresario Andy Spade.

Se graduó en la Highland Park High School en 2008.^[5]​ En su adolescencia, Rachel se mudó a Chicago y demostró una gran pasión por la actuación y participó en varias producciones escolares y teatrales. A medida que avanzaba en su formación, Brosnahan decidió que quería seguir una carrera profesional en el ámbito artístico. En 2012, se graduó por la Universidad de Nueva York en la facultad del Tisch School of the Arts.^[6]​^[7]​

Se informó en 2018 que Brosnahan se había casado con el actor Jason Ralph,^[8]​ pero más tarde reveló en enero de 2019 que habían estado casados "durante años" antes de que su relación se hiciera pública.^[9]​ Ambos asistieron a la ceremonia de los 76th Golden Globe Awards en 2019, donde ella le agradeció durante su discurso de aceptación del premio.^[10]​

Brosnahan es sobrina de la diseñadora de bolsos Kate Spade (nacida Katherine Noel Brosnahan).^[11]​

Brosnahan interpretó su primer papel cinematográfico como Lisa en la película de terror producida por Michael Bay, The Unborn (2009) cuando aún estaba en la escuela secundaria. Durante la universidad, actuó en episodios individuales de series de televisión como Gossip Girl, The Good Wife, Grey's Anatomy e In Treatment.^[5]​ Después de la universidad, comenzó a obtener papeles recurrentes en series como el thriller criminal The Blacklist (2014) y en el drama médico de corta duración llamado: Black Box (2014).

Apareció por primera vez en el escenario en 2009 en Up en el Steppenwolf Theatre seguida de su debut en Broadway en The Big Knife con Roundabout Theatre Company en 2013.^[12]​ En 2016 interpretó a Desdémona en Othello en el New York Theatre Workshop junto a David Oyelowo y Daniel Craig.^[13]​

En 2013, protagonizó el drama político de Netflix aclamado por la crítica House of Cards con Kevin Spacey y Robin Wright. Aunque inicialmente fue llamada para solo dos episodios, llamó la atención del showrunner, Beau Willimon,^[14]​ lo que hizo que su papel cogiera importancia a lo largo de la temporada. Dicho papel le dio protagonismo a su carrera y recibió su primera nominación a los premios Primetime Emmy como Mejor Actriz Invitada en una Serie Dramática. En 2016, apareció en la serie de Amazon de Woody Allen titulada: Crisis in Six Scenes (2016) junto con Allen, Elaine May y Miley Cyrus.^[15]​

Desde 2017 hasta 2023, interpretó el personaje de Midge Maisel, en la serie de comedia, también distribuida por Prime Video y creada por Amy Sherman-Palladino, The Marvelous Mrs. Maisel. Su actuación le valió un premio Primetime Emmy a la mejor actriz principal en una serie de comedia.^[16]​

Se anunció que Brosnahan sería elegida para protagonizar la serie de drama criminal antológico de Apple TV+ Presumed Innocent (2024), de la que también se desempeñará como productora ejecutiva.^[17]​ Interpretó a la esposa de un analista de la CIA en el thriller de acción y espionaje The Amateur (2025), protagonizado por Rami Malek.^[18]​^[19]​

Desde 2025, Brosnahan interpreta a la reportera Lois Lane en la franquicia del universo cinematográfico DCU —o Universo DC—, de Warner Bros. Pictures. El 27 de junio de 2023 se anunció que interpretaría el papel.^[20]​ Realizó las pruebas de pantalla en persona, que se llevaron a cabo en Warner Bros. Studios en Burbank, con Gunn y el productor Peter Safran.^[21]​ La actriz probó maquillaje y vestuario como Lois junto con el actor Nicholas Hoult, que se postulaba para el personaje de Clark Kent.^[21]​ Debutó con el personaje en la película de Superman (2025) del director James Gunn,^[22]​ junto con los actores David Corenswet, Nicholas Hoult, Isabela Merced, Edi Gathegi, Nathan Fillion, Anthony Carrigan, María Gabriela de Faría, Sara Sampaio, Alan Tudyk y Skyler Gisondo, entre otros. Su siguiente aparición como Lois está prevista para la próxima película Man of Tomorrow (2027), dirigida también por Gunn.^[23]​

Interpreta a Regan en la película Lear Rex (2026), junto con Al Pacino y Jessica Chastain. Una adaptación de El rey Lear de William Shakespeare.^[24]​

• Rachel Brosnahan en Internet Movie Database (en inglés).
• Rachel Brosnahan en X (antes Twitter)