Madeline Carroll è nata a Los Angeles il 18 marzo 1996. Ha iniziato la sua carriera come attrici grazie a numerosi piccoli di supporto in film e serie televisive: NCIS - Unità anticrimine, Cold Case - Delitti irrisolti, Grey's Anatomy e Lost. Il suo primo ruolo importante è stato quello di Molly Johnson in Swing Vote - Un uomo da 300 milioni di voti.
Nel 2010 ha debuttato come protagonista in Il primo amore non si scorda mai. Ha partecipato anche a lungometraggi come Santa Clause è nei guai e Resident Evil: Extinction. Compare anche in I pinguini di Mr. Popper e Una canzone per mio padre nel 2018.
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