Rose Byrne urodziła się w Balmain w Sydney w Australii. Jest córką Jane, administratorki szkoły podstawowej, i Robin Byrne, na wpół emerytowanej statystyki i badaczki rynku. Pierwszą rolę dostała w wieku 15 lat w filmie Dallas Doll (1994). Od tego czasu Rose pojawiła się w różnych australijskich programach telewizyjnych, w tym w Heartbreak High (1994), Echo Point (1995) i filmie Two Hands (1999) u boku Heatha Ledgera. Następnie pojawiła się w różnych filmach, takich jak Randka (1999), Moja matka Frank (2000) i Bogini 1967 Clary Law (2000), za którą otrzymała Puchar Female Volpi na festiwalu w Wenecji w 2000. Jej pierwsze doświadczenie z wysokobudżetowym filmem miało miejsce, gdy zagrała służącą Dormé dla Natalie Portman i Padmé Amidala w Gwiezdnych wojnach: Część II - Atak klonów (2002). W 2003 roku przypadkowo zagrała Rose Mortmain w adaptacji „I Capture the Castle” Dodie Smith (2003). W 2004 roku zagrała w Wicker Park (2004) z Diane Kruger i Joshem Hartnettem. Tutaj usłyszała, że ​​Wolfgang Petersen szuka aktorki dla Briseis do swojego kolejnego filmu Troja (2004) z Bradem Pittem, dostała tę rolę i została uznana za jedną z najbardziej obiecujących aktorek Hollywood. Po Troi (2004) zagrała Edith w telewizyjnej adaptacji Casanovy (2005). We wrześniu 2005 roku zaczęła grać w Sunshine (2007), filmie Danny`ego Boyle`a, w którym gra pilota misji kosmicznej. Od stycznia 2026 r. Rose zgromadziła 642 000 obserwujących na Instagramie.