Carla Gugino compagina su carrera como modelo, que inició a los 15 años, con clases de interpretación. Tras debutar en series de éxito como ‘¿Quién es el jefe? y ‘Alf’, debuta en la gran pantalla en la comedia ‘La tropa de Beverly Hills’ (1989). Alterna roles secundarios en películas como ‘Aquí te pillo, aquí te mato’ (1990), ‘Vida de este chico’ (1993), y ‘Michael’ (1996), con papeles principales en pequeñas producciones como ‘Menudo yerno’ (1993) y ‘Lovelife’ (1997).
En 1998, se da a conocer entre el público gracias a ‘Ojos de serpiente’, de Brian de Palma, en la que encarna a un testigo clave, y después en ‘El ojo de Judas’, de Sebastian Gutierrez. Encaminada hacía el éxito, se une a Antonio banderas y Robert Rodriguez en la cinta para toda la familia ‘Spy Kids’. Compañera de reparto de Jet Li en la cinta de ciencia-ficción ‘El único’ (2001), también se une al reparto del drama erótico ‘The Center of the World’ (2001), de Wayne Wang.
En 2003, regresa a la pequeña pantalla con la serie ‘Karen Sisco’. Dos años más tarde, sorprende con su interpretación en ‘Sin City’, la adaptación cinematográfica del cómic homónimo, junto a Bruce Willis. Maria Bello se pasa a la comedia familiar para protagonizar ‘Noche en el museo’, al lado de Ben Stiller.