Michelle Rodriguez partage son enfance entre les Etats-Unis, la République Dominicaine et Puerto Rico, dont elle est originaire. Son conte de fées commence lorsqu'elle se présente au casting de Girlfight (2000), un film sur l'univers de la boxe féminine. Son attitude rebelle et désintéressée la distingue et elle est choisie parmi 350 candidates. Le film voyage dans de nombreux festivals et remporte le Grand Prix au Festival de Deauville.

Ce rôle donne le ton du reste de sa carrière : l'actrice s'illustre dans des rôles physiques et n'aura de cesse d'incarner des dures à cuire tentant de faire leur place dans un monde d'hommes. Elle se fait connaître mondialement en conduisant des bolides à quatre reprises dans la saga Fast & Furious, initiée par Rob Cohen en 2001. Son personnage, Letty, est la compagne de Dom, alias Vin Diesel.

Parallèlement à cette franchise dont le succès ne s'essoufle pas, elle combat des zombies dans Resident Evil (2002), s'initie au surf pour les besoins de Blue Crush (2003), rejoint le S.W.A.T. unité d'élite (2003) aux côtés de Samuel L. Jackson et Colin Farrell, chasse des vampires dans BloodRayne (2005) et joue une alter-mondialiste prête à en découdre avec les forces de l'ordre dans Bataille à Seattle de Stuart Townsend. Elle s'offre même un détour par le petit écran en s'échouant sur l'île de Lost, le temps de la saison 2. 

En 2009, on la retrouve à l'affiche du plus gros succès de tous les temps, devenant la pilote Trudy pour l'Avatar de James Cameron. Elle fait équipe l'année suivante avec Robert Rodriguez dans l'explosif Machete. Leur collaboration est fructueuse puisqu'ils se retrouvent pour sa suite, Machete Kills (2013), et Alita: Battle Angel (2018), adaptation du manga culte Gunnm. Entre temps, elle donne de la voix dans un registre moins musclé pour les films d'animation Turbo et Les Schtroumpfs et le village perdu. Désireuse de montrer qu'elle n'est pas qu'une héroïne d'action, elle tourne sous la direction de Steve McQueen dans Les Veuves, faux film de braquage qui fait la part belle aux femmes.