Rebecca Gayheart è nata nel Kentucky da genitori di origini irlandesi, italiane e tedesche. Dopo gli studi, entra nel mondo dello spettacolo partecipando ad una serie di spot pubblicitari.

Debutta nel 1992 nella soap opera Quando si ama, in seguito interpreta Bess Martin nella serie tv Progetto Eden e Toni Marchette in Beverly Hills 90210. Negli anni seguenti partecipa a vari film horror, come Urban Legend, Scream 2, Amiche cattive e Dal tramonto all'alba 3. Nel 2001 partecipa alla commedia Harvard Man.

Nel 2002, inizialmente doveva interpretare Inara Serra nella serie Firefly, ma il ruolo andò a Morena Baccarin. Negli ultimi anni i suoi lavori si riducono a piccole apparizioni in serie tv come Le cose che amo di te, Dead Like Me, Nip/Tuck e Ugly Betty. Nel 2006 ha interpretato un ruolo di prim'ordine nel telefilm Vanished, vestendo i panni della reporter Judy Nash.