A început să apară în roluri secundare în filme în mijlocul anilor '80, precum hitul de box office Top Gun, obținând recunoaștere în filme independente precum Promised Land (1987), înainte ca interpretarea sa în comedia romantică regizată de Rob Reiner, When Harry Met Sally... (1989), să-i aducă o atenție largă și prima nominalizare la Globul de Aur.
Ulterior, s-a impus, atât pe plan național, cât și internațional, ca una dintre cele mai de succes actrițe din anii '90 și începutul anilor 2000, în special în filme de comedie romantică precum When Harry Met Sally (1989), Joe Versus the Volcano (1990), Prelude to a Kiss (1992), Sleepless in Seattle (1993), French Kiss (1995), You've Got Mail (1998) și Kate & Leopold (2001). Alte filme ale sale includ Top Gun (1986), Innerspace (1987), The Doors (1991), Anastasia (1997), When a Man Loves a Woman (1994), Courage Under Fire (1996), Addicted to Love (1997), City of Angels (1998), Proof of Life (2000), Against the Ropes (2004) și The Women (2008). În 2015, a debutat ca regizoare cu Ithaca, în care a jucat și ea.
În 1995, criticul Richard Corliss a numit-o "sufletul actual al comediei romantice." Mai mulți critici de film și publicații media au menționat-o pe Ryan ca fiind una dintre cele mai bune actrițe care nu au primit niciodată o nominalizare la Premiul Academiei.
A fost căsătorită cu actorul Dennis Quaid (1991-2001) și au un fiu, Jack. În 2000, Ryan a început o relație romantică cu actorul Russell Crowe în timp ce lucrau la filmul lor Proof of Life. În ianuarie 2006, Ryan a adoptat o fetiță de 14 luni din China, pe care a numit-o Daisy True. A fost într-o relație cu cântărețul și compozitorul american John Mellencamp (2010-2014). S-au reunit în 2017 și