Posey și-a făcut debutul în film în Joey Breaker (1993). După roluri mici în Coneheads și cultul clasic Dazed and Confused (ambele din 1993), a fost etichetată „Regina filmelor independente” pentru că a jucat într-o succesiune de filme independente pe parcursul anilor 1990, cum ar fi Sleep with Me (1994), Frisk, Party Girl, The Doom Generation, Kicking and Screaming (toate din 1995), The Daytrippers (1996), Henry Fool, The House of Yes și Clockwatchers (toate din 1997). Alte apariții notabile în filme includ You've Got Mail (1998), Scream 3 (2000), Josie and the Pussycats (2001), Personal Velocity, The Sweetest Thing (ambele din 2002), Blade: Trinity (2004), Superman Returns, Fay Grim (ambele din 2006), Broken English (2007), The Eye (2008), Spring Breakdown (2009), Inside Out (2011), Irrational Man (2015), Café Society (2016) și Columbus (2017).
Lucrează frecvent cu Christopher Guest și a apărut în mai multe dintre mockumentarele sale: Waiting for Guffman (1996), Best in Show (2000), A Mighty Wind (2003), For Your Consideration (2006) și Mascots (2016).
În afara filmului, Posey a jucat în filmul de televiziune Hell on Heels: The Battle of Mary Kay (2002) și a avut roluri episodice în numeroase seriale, cum ar fi Futurama (2000), The Simpsons (2000), Will & Grace (2001), Boston Legal (2006), Parks and Recreation (2011), The Good Wife (2011–12), Louie (2012), Inside Amy Schumer (2014) și Search Party (2016). Între 2018 și 2021, a jucat rolul Dr. Smith în seria Netflix Lost in Space.