Rachael Leigh Cook va néixer el 4 d'octubre de 1979 a Minneapolis, Minnesota. Es va graduar a Laurel Springs School el 1998.
Encara que molt tímida quan era jove, Rachael va aconseguir el seu primer paper quan tenia uns set anys sense dir ni una paraula a l'escenari. Va ser un missatge de servei públic i d'encoratjament per als adults per convertir-se en pares d'acollida. Al voltant dels deu anys, Rachael va començar a fer de model. Amb l'ajuda dels seus pares, agafa un agent amb el qual desenvolupa el seu talent. També apareix en musicals escolars.
Rachael va ser model primer per a anuncis locals a la zona de Minnesota i després per a anuncis nacionals. Va fer de model per a anuncis durant uns quatre anys. La Rachael viu a Minnesota des de fa diversos anys amb els seus pares, el seu germà petit Ben, de cinc anys, dos gats i un gos.
La seva carrera d'actriu va començar amb anuncis i un paper al curtmetratge independent 26 Summer Street. Aleshores, Rachael va fer 11 pel·lícules en només 3 anys, entre elles Carpool,Living Out Loud i The Hairy Bird.
Entre les pel·lícules que Rachael ha protagonitzat hi ha una pel·lícula independent, The Bumblebee Flies Anyway, un drama hospitalari per a adolescents protagonitzat per Elijah Wood i The Naked Man, una comèdia de lluita lliure, el guió de la qual va ser coescrit per Ethan Coen.
També va obtenir el 1er paper a la pel·lícula Blonde Ambition, que es considera brillant i de culte per la seva escriptura, així com per les nombroses referències que conté[1][2][3][4][5][6]
Des de desembre de 2001, Rachael és la companya de l'actor neozelandès Daniel Gillies. Junts tenen dos fills: una filla, anomenada Charlotte Easton (nascuda el 28 de setembre de 2013) i un fill, anomenat Theodore Vigo Sullivan (nascut el 4 d'abril de 2015).
El juny de 2019, després de 15 anys de matrimoni, anuncien a través de Twitter, la seva separació de comú acord.[7]