Le prénom Saoirse (prononcez soeur-sha) signifie "liberté" en gaëlique. Car si Saoirse Ronan naît à New York, ses parents sont irlandais. Son père, comédien, Paul Ronan (vu dans Veronica Guerin ou Ordinary Decent Criminal) lui fait découvrir les plateaux de tournage dès son plus jeune âge. Elle n'a pas dix ans lorsqu'elle décroche son premier rôle dans la série télévisée irlandaise The Clinic, en 2003.

Après une autre série en 2005, The Proof, elle débute au cinéma en incarnant la fille de Catherine Zeta-Jones dans Au-delà de l'illusion (2007) puis celle de Michelle Pfeiffer dans Trop jeune pour elle. Mais c'est grâce à un rôle de soeur qu'elle accède à la notoriété : dans Reviens-moi de Joe Wright, elle est Briony, écrivain en herbe qui, par un mélange de naïveté et de jalousie, va briser la vie de sa soeur aînée Keira Knightley. Ce personnage (qui, devenu adulte, est interprété par Romola Garai puis Vanessa Redgrave) lui vaut une nomination au Golden Globe et à l'Oscar du Meilleur second rôle en 2008 à l'âge de seulement 14 ans.

Après des films familiaux comme The Christmas Miracle of Jonathan Toomey (inédit en France) ou La Cité de l'ombre, Saoirse Ronan est en 2010 une adolescente assassinée qui observe sa famille depuis l'au-delà dans le conte fantastique de Peter Jackson, The Lovely Bones. Elle acquiert ainsi un degré de notoriété supérieur, même si le film n'est pas un succès. Un an plus tard, elle est l'unique personnage féminin du film d'aventure réaliste de Peter Weir Les Chemins de la liberté aux côtés de Colin Farrell, Jim Sturgess et Ed Harris. Cette même année, elle retrouve Joe Wright et change totalement de registre en incarnant une jeune fille transformée en machine à tuer dans Hanna.

En 2013, elle se fait posséder par l'une des Âmes Vagabondes dans l'adaptation du roman de Stephenie Meyer, l'auteur de la saga Twilight. Si ce film de SF est un échec, elle rebondit l'année suivante en plongeant dans l'univers coloré de Wes Anderson pour The Grand Budapest Hotel et se retrouve confrontée à la Troisième Guerre mondiale dans le drame d'anticipation How I Live Now. Elle évolue ensuite dans l'univers sombre et torturé de Lost River, la première réalisation de Ryan Gosling, puis interprète une jeune immigrée déchirée entre deux hommes et deux pays dans le drame Brooklyn. Sa prestation lui vaut en 2016 sa première nomination à l'Oscar de la meilleure actrice.

Il ne lui faudra attendre que deux ans avant de décrocher une deuxième nomination pour Lady Bird, la première réalisation de Greta Gerwig. La native de New York y est une adolescente frondeuse qui entretient des rapports houleux avec sa mère. On la voit ensuite dans le mélodrame Sur la plage de Chesil, le drame The Seagull, le biopic Marie Stuart, Reine d'Ecosse, l'adaptation du classique littéraire Les Quatre Filles du docteur March (pour laquelle elle retrouve Gerwig), le loufoque The French Dispatch, la comédie policière Coup de théâtre ou la romance Ammonite, pour laquelle elle se livre à une histoire d’amour aussi passionnée qu’interdite avec le personnage de Kate Winslet.

Après avoir donné la réplique au très à la mode Paul Mescal dans le thriller SF Le Remplaçant, elle s'engage fortement sur le drame The Outrun, qu'elle produit et dans lequel elle campe une jeune femme qui, pour faire face à ses addictions, trouve refuge dans les Orcades, ces îles du nord de l’Écosse où elle a grandi.