Madison Iseman suit son cursus scolaire chez ses parents, tout en passant des castings pour devenir actrice. En 2014, elle prend part à un épisode de Modern Family, puis apparaît dans des séries comiques et/ou familiales comme Henry Danger, Kirby Buckets et The Real O'Neals. En 2016, elle décroche son premier rôle régulier dans la sitcom Still The King. La jeune actrice y campe Charlotte, la fille du personnage joué par Billy Ray Cyrus.

L'année suivante, Madison s'illustre dans le blockbuster emmené par Dwayne Johnson Jumanji : Bienvenue dans la jungle. Elle y incarne Bethany, la fille populaire et superficielle du lycée qui se retrouve coincée dans le corps de Jack Black. Le film connaît un succès phénoménal, engendrant une suite elle aussi très lucrative et dans laquelle la comédienne reprend son rôle. On la voit aussi dans Chair de poule 2 et Annabelle - La Maison du Mal.

Ses rôles gagnant en importance, Madison Iseman joue dans la comédie Plus rien à f*** sur Netflix, puis dans Clouds, dans lequel elle donne la réplique à Steffan "Fin" Argus, ex-héros de la série The Commute. Ce film Disney+ se centre sur l'histoire vraie de Zach Sobiech, un adolescent musicien atteint d'un rare cancer des os qui trouve la force d'inspirer les autres avec le temps qui lui reste. La native de Myrtle Beach campe sa petite amie.

Décidément à l'aise dans les thrillers et les films d'horreur, Madison joue un personnage régulier dans la série Souviens-toi l'été dernier, adaptée du célèbre film de 1997 avec Jennifer Love Hewitt et Freddie Prinze Jr.. Puis, elle incarne l'une des deux sœurs dans Nocturne, un premier film dans lequel une pianiste extrêmement douée passe un pacte avec le diable pour gagner face à sa grande sœur lors d'un concours de musique classique.

En 2023, Madison Iseman se glisse dans la peau de Sienna, la réincarnation de la déesse Athéna, dans le blockbuster live adapté du célèbre manga Saint Seya Les Chevaliers du Zodiaque.