คอนเนลลี เกิดในแคตสกิลล์เมาเทนส์ นิวยอร์ก เธอเริ่มเป็นนางแบบเด็ก จากนั้นมีผลงานภาพยนตร์ ครั้งแรกตั้งแต่อายุได้เพียง 12 ขวบ ในเรื่อง Once Upon a Time in America (1984) ของ เซอร์จิโอ เลโอเน่ ต่อมาในปี 1985 ในเรื่อง ในเรื่อง Phenomena รับบทเด็กสาวคนหนึ่งที่มีความสัมพันธ์ประหลาดกับแมลง จากนั้นแสดงใน Labyrinth (1986) ของ จิม เฮนสัน แสดงร่วมกับเดวิด โบวี

ในปี 1991 คอนเนลลีแสดงในเรื่อง The Hot Spot รับบทเป็นสาวชาวใต้ผู้แสนบริสุทธิ์ไร้เดียงสา กำกับโดย เดนนิส ฮอพเปอร์ จากนั้นแสดงเป็นสาวเปรี้ยวใน Career Opportunities หลังจากนั้นเธอแสดงในหนังที่มีแก่นสารหนักแน่นขึ้น เช่น Higher Learning (1995) ของ จอห์น ซิงเกิลตั้น และ Inventing the Abbots (1997) เป็นต้น

ในปี 2001 เธอได้รับรางวัลลูกโลกทองคำจากการแสดงในภาพยนตร์เรื่อง ผู้ชายหลายมิติ (2001) หลังจากนั้นรับบทนำในภาพยนตร์ปี 2003 นี้ เรื่อง Hulk ซึ่งกำกับโดย อั้งลี่