Après avoir eu quelques rôles mineurs dans des téléfilms ou des épisodes de série télé - Back to You (2007) ou Sons of Tucson (2010) -, c'est à 14 ans que Hailee Steinfeld décroche l'opportunité de travailler avec les frères Joel et Ethan Coen dans True Grit (2010), western où elle incarne une jeune fille dégourdie à la recherche de l'assassin de son père. Elle y partage l'affiche avec Jeff Bridges, Matt Damon et Josh Brolin et devient alors reconnue par le grand public. C'est pour ce rôle qu'elle reçoit nombreuses nominations notamment aux Oscars et aux BAFTA comme "Meilleure Actrice" sans pour autant remporter de prix.

En 2013, la jeune comédienne se retrouve à l'affiche de plusieurs longs métrages. La Stratégie Ender, blockbuster futuriste où elle côtoie Ben Kingsley, Harrison Ford et le jeune Asa Butterfield dans le rôle principal d'Ender, ou encore l'adaptation moderne de la pièce de William Shakespeare, Romeo & Juliet, où elle prête son talent au personnage culte de Juliet. Elle retourne au western quatre ans après True Grit pour tourner dans le nouveau long-métrage de Tommy Lee Jones, qu’il réalise par ailleurs, intitulé The Homesman.

Le prodige Hailee Steinfeld a plus d’une corde à son arc et elle prouve dès 2014 en rejoignant le casting de New York Melody, la nouvelle réalisation musicale de John Carney. Elle y joue la fille du mégalo Mark Ruffalo, producteur de musique qui va découvrir la talentueuse Keira Knightley. L’adolescente nous prouve qu’elle est aussi douée à la guitare. Mais il faut attendre son passage dans Pitch Perfect 2 pour entendre sa jolie voix : car oui, Hailee Steinfeld est aussi chanteuse, et a même sorti un EP...

Parallèlement à sa carrière musicale, la jeune femme continue de tourner au cinéma. En 2018, elle tient le haut de l'affiche dans deux grosses productions : Pitch Perfect 3 et le spin-off de Transformers sur Bumblebee. L’actrice de 22 ans incarne Charlie, le rôle principal de ce film centré sur l’Autobot jaune et noir. C'est Travis Knight, réalisateur de Kubo et l'armure magique, qui met en scène ce long-métrage dont l’action se déroule en 1987. La comédienne donne également de la voix cette année. Elle prête en effet son timbre à Gwen Stacy alias Spider-Gwen dans le film d'animation Spider-Man New Generation. Elle sera prochainement Emily Dickinson dans une série sur la vie de la célèbre poétesse américaine du 19ème siècle.