Nata a Milwaukee da una famiglia molto religiosa di origini irlandesi, Heather Graham ha trascorso la giovinezza spostandosi di città in città, a causa del mestiere del padre - un agente dell'FBI - fino a che non si è trasferita a Los Angeles, nel tentativo di entrare nel mondo dello spettacolo.
Dopo l'esordio nel 1984 nel poco conosciuto Fuga d'inverno di Gillian Armstrong, l'attrice ottiene una parte nella teen-comedy di successo Licenza di guida, al fianco di alcuni giovani divi dell'epoca come Corey Haim e Corey Feldman. I primi anni di carriera sono segnati da piccole partecipazioni in film come I gemelli di Ivan Reitman, Drugstore Cowboy e Cowgirls - Il nuovo sesso di Gus Van Sant, Ti amerò... fino ad ammazzarti di Lawrence Kasdan, e Shout, insieme a John Travolta.
Inoltre la Graham ha anche il privilegio di partecipare alla serie di culto I segreti di Twin Peaks di David Lynch, e recita anche al prequel cinematografico Fuoco cammina con me, sul set del quale si fidanza con l'attore Kyle MacLachlan.
Dopo altri piccoli ruoli poco significativi, Heather, grazie alla complicità del suono nuovo compagno James Woods, riesce a partecipare in opere drammatiche come La notte dell'imbroglio e Sei gradi di separazione, dove ha l'occasione di sfoggiare una recitazione più complessa e elaborata. A farla conoscere presso un pubblico più vasto sono però film successivi, in cui - in barba ai genitori bigotti - si presenta in una veste decisamente trasgressiva, come Scream 2 di Wes Craven, Ecstasy Generation di Gregg Araki; ma soprattutto Boogie Nights - L'altra Holllywood di Paul Thomas Anderson, dove nelle vesti di un'attricetta porno, l'esuberante Rollergirl, si cimenta anche in una sexy scena di nudo.
Dopo questo primo successo, seguono soprattutto ruoli brillanti in commedie quali il fantascientifico Lost in Space, il grottesco Bowfinger, insieme a Eddie Murphy e Steve Martin, e l'esilarante Austin Powers la spia che ci provava, in cui è la seducente compagna del focoso agente segreto Mike Myers, dal nome decisamente eloquente: Felicity Ladà.
Deciso cambio d'atmosfere con i successivi La vera storia di Jack lo squartatore dei fratelli Hughes, dove è la povera Mary Kelly, vittima del famigerato serial killer, I marciapiedi di New York (diretta dal suo fidanzato dell'epoca, Edward Burns) e il thriller erotico Killing Me Softly - Uccidimi dolcemente di Chen Kaige, dove si offre in nuove scene di nudo.
Ma la commedia, soprattutto sentimentale, continua a essere il suo genere d'elezione, come dimostrano Committed, dove recita in coppia con Casey Affleck, il romantico Dimmi che non è vero, in cui si innamora di Chris Klein, il bollywoodiano Il guru, e Hope Springs, intrecciando questa volta sullo schermo una relazione con Colin Firth.
L'occasione di recitare in opere dal tono differente avviene con l'horror Blessed - Il seme del male, con il controverso Mary di Abel Ferrara e con il corale Bobby di Emilio Estevez, dove è la deliziosa centralinista dell'hotel.
Ma Heather continua a recitare soprattutto in commedie, alcune decisamente di minor successo, come Un matrimonio da copertina, Cake - Ti amo, ti mollo... ti sposo, Gray Matters e Prima o poi s...vengo! (dove si cimenta nel ruolo di una commessa lesbica di un sexy shop). Altre, invece, come il fenomeno Una notte da leoni, contribuiscono a rilanciare la sua notorietà. Inoltre l'attrice recita in alcuni episodi della serie cult Scrubs, nel ruolo di una dolce dottoressa affetta da disturbi psichici.
Più di recente l'attrice è apparsa nelle commedie Tradire è un'arte - Boogie Woogie ed ExTerminators, nel dramma Father of Invention, insieme a Kevin Spacey, nel sequel di Wes Craven Scream 4, nel film per ragazzi The Flying Machine e nel dramma bellico 5 Days of August, con Andy Garcia e Val Kilmer.
Dal punto di vista sentimentale, invece, nel corso degli anni Heather Graham ha continuato a macinare flirt su flirt (impossibile redigere l'elenco completo dei suoi fidanzati, tra cui figurano anche nomi illustri come Jon Favreau, Heath Ledger, Benicio Del Toro e Matthew Perry, nonché il regista Chris Weitz e persino il figlio della pop star Cher). Di certo gli ultracattolici genitori di Heather non avrebbero mai immaginato una vita simile per la loro bambina....
1998 Premio Miglior performance rivelazione per Boogie Nights
2007 Candidatura Miglior performance dell'intero cast per Bobby
1998 Candidatura Miglior performance dell'intero cast per Boogie Nights
2000 Candidatura Miglior attrice per Austin Powers la spia che ci provava
2007 Candidatura Migliore performance dell'intero cast per Bobby
2016 Recitazione
2014 Recitazione
2013 Recitazione
2009 Recitazione
L'attrice ha raccontato il periodo in cui disse di sì a Paul Thomas Anderson per il film uscito nel 1997.
La star di Boogie Nights ha raccontato il difficile rapporto con il proprio nucleo familiare, con il quale ha chiuso i rapporti da decenni.
La star di Face/Off protagonista del nuovo film diretto da Brian Skiba.
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Natale è alle porte e quindi anche i film a tema sono in arrivo, specialmente in streaming.