Perabos Mutter, eine Physiotherapeutin, stammt aus Norwegen, ihr Vater (ein College-Professor für Englisch und Literatur) hat deutsche Wurzeln. Benannt nach der Schauspielerin Piper Laurie wuchs sie als ältestes von drei Geschwistern in Toms River (Ocean County), New Jersey auf.[1] Sie hat zwei Brüder (Adam und Noah). Nach dem Highschool-Abschluss 1994 an der Toms River High School North in New Jersey schrieb sie sich an der Ohio University mit dem Hauptfach Schauspiel ein.[2] Sie schloss ihr Studium 1998 summa cum laude als Bachelor ab.[3][4]
Mit dem Studienabschluss ging Perabo nach New York City, um eine Laufbahn als Schauspielerin zu beginnen. Ein erstes Engagement hatte sie am LaMama-Theater[5], während sie nebenher als Bedienung in einem Restaurant arbeitete. Darüber hinaus trat sie in einem Werbespot für Süßigkeiten auf. Außerdem erhielt sie Rollen in zwei unabhängigenLow-Budget Filmproduktionen von Todd Rohal, Single Spaced und Knuckleface Jones.
Ebenfalls 2006 spielte Perabo in The Prestige die Frau von Hugh Jackman. 2008 hatte sie ihren ersten Auftritt in einem Off-Broadway Theater, dem MCC Theatre, New York City, in Neil LaButes Stück Reasons to Be Pretty.[7] 2009 folgten aufgrund des großen Erfolges 85 Aufführungen am Broadway im Lyceum Theatre. Für die Hauptrolle der jungen CIA-Nachwuchsagentin Annie Walker in der Fernsehserie Covert Affairs erhielt sie 2011 eine Golden-Globe-Nominierung. 2015 stand sie als Maggie, einer alleinerziehenden Mutter, in John PollonosLost Girls unter der Regie von Jo Bonney auf der Bühne an MCC Theatre.[8] Seit 2021 ist sie in der Neowestern-Fernsehserie Yellowstone neben Kevin Costner zu sehen und verkörpert eine Umweltaktivistin. 2022 und 2023 spielte sie neben Corey Stoll in Billions die Rolle der Andy Salter.
Perabo ist Miteigentümerin der 2005 eröffneten Bar Employees Only, im West Village und des 2012 eröffneten Restaurants Jack's Wife Freda in SoHo.[9]