Farmiga a fost încurajată să înceapă să joace de către sora ei și, ulterior, a debutat în filmul surorii sale, Higher Ground (2011). După aceea, a câștigat recunoaștere pentru munca sa în seria antologică American Horror Story, având roluri în sezoanele Murder House (2011), Coven (2013–2014), Roanoke (2016) și Apocalypse (2018). Rolurile sale timpurii în filme includ comedia romantică At Middleton (2013), drama criminală The Bling Ring (2013) și thrillerul psihologic Mindscape (2013), acesta din urmă fiind primul său rol principal într-un film.
Farmiga a fost apreciată pentru performanțele sale în filmul de comedie horror The Final Girls (2015) și în filmele dramatice 6 Years (2015) și Share (2015), toate având premiera la South by Southwest, ceea ce a dus la numirea ei ca una dintre starurile emergente ale festivalului. De asemenea, a împrumutat vocea personajului Raven în Universul Filmelor Animate DC (2016–2020), a jucat în filmele de comedie Rules Don't Apply (2016) și The Long Dumb Road (2018), în filmele dramatice In a Valley of Violence (2016) și What They Had (2018) și în thrillerul supranatural The Nun (2018). Farmiga a fost protagonista serialului de dramă procedurală Wicked City (2015) și a debutat pe scenă în reluarea off-Broadway a piesei de teatru Buried Child (2016).