Aleksa Palladino est né à New York, où elle a grandi et a travaillé en tant qu'actrice. Son premier rôle était Manny & Lo, acclamé par la critique, face à Scarlett Johansson, où elle a joué un personnage de 16 ans en dépit d'en avoir 14 à l'époque. L'année suivante, elle a reçu son premier rôle principal dans le court métrage Number One Fan avec Glenn Fitzgerald, et apparait Wrestling with Alligators avec Joely Richardson, le bien-reçu The Adventures of Sebastian Cole avec Adrian Grenier, et dans Second Skin avec Fitzgerald de nouveau.
L'année 2000 a vu la sortie de Red Dirt, suivi par le film indépendant Lonesome, et Storytelling avec Selma Blair. Elle a ensuite eu des apparitions dans New York, section criminelle, Les Sopranos (où elle a joué 2 personnages différents) et New York, police judiciaire.
En 2004, l'actrice a fait une apparition dans la série Medium, suivie de son rôle principal dans Spectropia et un soutien Jugez-moi coupable avec Vin Diesel. Elle est ensuite apparue dans Le Portrait de Dorian Gray, réalisé par Duncan Roy et tiré du roman d'Oscar Wilde, en jouant le premier amour du héros et a décroché un rôle dans la suite d'horreur intitulé Détour mortel 2.
En 2010, Aleksa Palladino est venue dans la série HBO Boardwalk Empire, dans lequel elle joue Angela Darmody. En 2014, elle joue le rôle de la danseuse-étoile Iris Lanzer dont est fan Sherlock Holmes interprété par Jonny Lee Miller dans la série Elementary. Et en 2015, elle a un rôle régulier dans la série Halt and catch fire : Sara Wheeler.
