Riley Keough est la fille de Lisa Marie Presley et Danny Keough et la petite fille du King Elvis Presley et de Priscilla Presley. La comédienne débute sa carrière dès l’âge de 14 ans en tant que mannequin. Son physique avantageux lui permet de défiler sur les podiums du monde entier et de faire les couvertures de magazines de mode.
Logiquement, le cinéma lui fait les yeux doux en 2010. La jeune femme est choisie pour donner la réplique à Kristen Stewart et Dakota Fanning dans Les Runaways, biopic racontant la jeunesse des chanteuses de rock Joan Jett et Cherie Currie.
En 2012, Steven Soderbergh lui offre le rôle de Zora dans Magic Mike, son portrait d’un strip-teaseur incarné par Channing Tatum. La même année, elle fait chavirer le cœur de Juno Temple dans la romance Jack and Diane et tourne sous la direction de Nick Cassavetes dans Yellow puis de sa soeur, Xan Cassavetes, dans le film d'horreur vampirique Kiss of the Damned. Si ces trois longs ne connaissent pas les honneurs d'une sortie en salles en France, son projet suivant créé l'événement : dans le blockbuster Mad Max : Fury Road, elle est l'une des "épouses" et esclaves d'Immortan Joe qui prennent la fuite sous la protection de Furiosa.
L'actrice s'essaie au petit écran en interprétant le rôle principal de la saison 1 de la série The Girlfriend Experience, adaptation du long-métrage de Steven Soderbergh (encore lui). Elle le retrouve une troisième fois en 2017 pour Logan Lucky, film de braquage par une fratrie de bras cassés. Entre temps, elle s'éprend de Jena Malone dans Lovesong et monte les marches du Palais du Festival de Cannes pour American Honey.
Elle collabore ensuite avec des jeunes talents du cinéma indépendant américain : elle est à l'affiche en 2017 du film d'épouvante It Comes At Night de Trey Edward Shults, révélé par son portrait de femme névrosée Krisha, puis en 2018 d'Under The Silver Lake de David Robert Mitchell, réalisateur du salué It Follows. Puis elle tourne sous la direction de Jeremy Saulnier dans Aucun homme ni dieu et d'Anthony Campos pour Le Diable, tout le temps, deux productions Netflix.
Après avoir été l'une des victimes de Matt Dillon dans l'éprouvant The House That Jack Built de Lars von Trier, elle se retrouve isolée dans un chalet avec ses beaux-enfants dans l'angoissant The Lodge. Dans un registre plus léger, elle est au générique de deux séries Prime Video : The Terminal List avec Chris Pratt, et Daisy Jones And The Six, où elle est la chanteuse d'un groupe de rock légendaire des années 70.
En 2022, l'actrice passe derrière la caméra et co-réalise avec Gina Gammell War Pony. Ce long-métrage centré sur deux jeunes Lakotas marginaux obtient la Caméra d'Or au Festival de Cannes, un prix qui récompense le meilleur premier film, toutes sections confondues.
Vincent Formica