Rachel Anne McAdams 1978. november 17-én született Londonban, a kanadai Ontario tartományban. Egy Londonhoz közeli kisvárosban, St. Thomas-ban töltötte gyermekkorát. Édesapja, Lance kamionsofőr. Édesanyja, Sandra nővér a közeli kórházban. Van egy öccse, Daniel, és egy húga, Kayleen. Alig volt négy éves, amikor elkezdett műkorcsolyázni. Első színészi tapasztalatát 12 évesen szerezte meg a St. Thomas-i nyári színi táborban, az Original Kids-ben. A Myrtle Street Public Iskolát és a Central Elgin Collegiate Institute-ot végezte el. Ezután Torontóba költözött és elvégezte a York Egyetemet. Itt BFA színművészeti diplomát kapott. Már ekkor tudta, hogy színésznő szeretne lenni. Csatlakozott a Necessary Angel Színművészeti Társulathoz, illetve a londoni Original Kids Színművészeti Iskola diákja is volt. David Rotenberg volt a tanára.

Első mozis szerepét a 2002-es Tökös csaj című filmben kapta, ahol Rob Schneider oldalán szerepelt. Ezt követte a Bajos Csajok című nagysikerű vígjáték, amiben végre felfigyeltek Rachel alakítására, Regina George karaktere ugyanis meghozta a várt hírnevet. Ezután kapta meg Ryan Gosling oldalán a Szerelmünk lapjai című romantikus film főszerepét. 2005-ben szerepelt az Ünneprontók ünnepe című vígjátékban, majd a Red Eye című thillerben.

A Kőkemény családban olyan nagy nevekkel szerepelhetett együtt, mint Claire Danes, Luke Wilson vagy Diane Keaton. Ezt követően jelentkezett Sue Storm szerepére a Fantasztikus Négyes című filmbe, de a szerepet végül Jessica Alba kapta meg helyette.

Rachel karrierje 2006-ban kissé megtorpant. Kapott egy kisebb szerepet a Modern család című sorozatban, majd a The Last Kiss című film főszerepét is neki adták, de ezt sajnos végül "nézeteltérések miatt" Jacinda Barrett játszotta el. Ő lehetett volna a Casino Royale című film új Bond lánya, de visszautasította a szerepet, mert nem akart nagy költségvetésű filmben szerepelni.

2009-ben indult be újra a karrierje. Ekkor jelent meg az A dolgok állása, amelyben Ben Affleck és Russel Crowe mellett tűnt fel. Szintén ebben az évben szerepet kapott az új Sherlock Holmes filmben, mégpedig Irene Adler szerepében. Ezután Az időutazó felesége című romantikus drámában Eric Banával került szerelmi kapcsolatba.

2010-ben következett az Ébredj velünk, melyben ismét együtt játszott Diane Keaton-nal, valamint Harrison Forddal, akinek nyilatkozata szerint a filmjein nőtt fel. 2011-ben láthattuk az Éjfélkor Párizsban című Woody Allen produkcióban. A film több Oscar-jelölést is bezsebelt, melyekből a legjobb forgatókönyvnek díjra is váltotta. Szintén ebben az évben szerepelt a Sherlock Holmes folytatásában, mely ezúttal az Árnyjáték címet kapta.

A 2012-es év elején került bemutatásra a Fogadom, amiben Rachel egy olyan feleséget alakít, aki egy baleset során elveszti emlékezetét és ezért újra fel kell építeni kapcsolatát a Channing Tatum által alakított férjével.

Szintén 2012-ben várható egy egyenlőre névtelen film Terrence Malick-tól, valamint 2013-ban érkezik a Passion, melyet jelenleg forgat.