Stiles tiene ascendencia inglesa, irlandesa e italiana. Su debut cinematográfico fue en el año 1996 con la película I Love you, I Love you not; en 1999 logró su primer papel importante con la película 10 Things I Hate About You. Stiles logró una cierta popularidad en los Estados Unidos con su participación en la serie The 60's, lo que la ha llevado a actuar en películas como La sonrisa de Mona Lisa, junto a Julia Roberts, o la trilogía Bourne, como Nicky Parsons, protagonizada por el actor Matt Damon.