Après des études de philosophie et d'économie à l'Université de Victoria au Canada, Deborah Unger parvient à entrer à l'Institut National Australien d'Arts dramatiques, ce qui est une première pour une Canadienne. Sortie diplômée en 1988, elle débute à la télévision (dans la mini-série Bangkok Hilton aux côtés de Nicole Kidman) avant de tourner ensuite dans son premier thriller : Intimes Confessions (1992) de Christopher Crowe.

Mais c'est en 1996 qu'elle se fait remarquer avec son rôle dans le sulfureux Crash de David Cronenberg. Le film est bien reçu (il remporte le Prix du Jury au Festival de Cannes) et la carrière de Deborah Unger se poursuit avec The Game (1997) de David Fincher, où elle joue aux côtés de Michael Douglas et de Sean Penn. L'actrice aime les films d'action et le prouve encore, accompagnée par Mel Gibson dans Payback (1999).

Deborah Unger change de registre avec le drame historique Sunshine d'Istvan Szabo, film nominé aux Golden Globes. Elle délaisse pendant un temps les films d'actions pour des ambiances plus intimistes comme dans Coeurs Inconnus (2001) ou Thirteen (2002). Inside Job de Nicolas Winding Refn lui permet de renouer avec le thriller, voie dans laquelle elle poursuit puisqu'elle joue aussi dans Silent Hill (2006).

Si l'actrice multiplie les rôles au cinéma (88 Minutes en 2007 avec Al Pacino; The Samaritan en compagnie de Samuel L. Jackson) elle fait aussi un passage remarqué à la télévision dans une série qui se déroule durant la guerre d'Afghanistan : Combat Hospital. L'actrice retrouve ensuite le cinéma ainsi que le monde hanté de Silent Hill : Revelation (2012), aux côtés de Carrie-Anne Moss et de Malcolm McDowell.