Cook s-a născut în Oshawa, Ontario, și și-a petrecut cea mai mare parte a vieții crescând în Whitby, unde a frecventat Anderson Collegiate Vocational Institute. Tatăl ei, Mike, este profesor, iar mama ei, Sandra, lucrează ca psihiatru. Are trei frați: Nathan, Paul și Angela. Cook este membră a Bisericii lui Isus Hristos a Sfinților din Zilele din Urmă. A început să danseze de la vârsta de patru ani, luând lecții de jazz, step și balet. A dansat competitiv timp de mulți ani, înainte de a decide la vârsta de 16 ani că vrea să încerce actoria.
Pe 3 august 2001, Cook s-a căsătorit cu prietenul ei de lungă durată, Nathan Andersen, pe care l-a întâlnit într-o clasă de film la Universitatea Utah Valley. Ulterior, s-a mutat în Salt Lake City, Utah, pentru a fi alături de el și în prezent locuiește în Los Angeles, California. În martie 2008, s-a raportat că Cook și Andersen așteptau primul lor copil în octombrie. Fiul lor, Mekhai Allan Andersen, s-a născut pe 13 septembrie 2008. Cook a spus: "Este un bebeluș atât de bun. Mă simt atât de norocoasă că este al meu. Eu și soțul meu ne simțim foarte binecuvântați!" Mekhai a avut o apariție scurtă ca Henry LaMontagne în Criminal Minds în sezonul 5, când personajul lui Cook, Jennifer Jareau, era într-o farmacie cumpărând medicamente pentru copii, ceea ce a dus la o descoperire în cazul pe care BAU încerca să-l rezolve. El a reluat rolul lui Henry în finalul de două ore al sezonului șapte din Criminal Minds în 2012. Cook și Andersen sunt, de asemenea, proprietarii unui Yorkshire Terrier numit Zara. Cook a fost considerată legal orbă la o vârstă fragedă din cauza unui astigmatism sever, dar purta lentile de contact pentru a-și corecta