Madeline Zima debuta como actriz a los 7 años en la película ‘La mano que mece la cuna’ (1992), y se da a conocer un año después gracias a su papel de Grace Sheffield en la serie de televisión ‘La niñera’, en la que aparece durante seis años. Paralelamente, hace breves apariciones en series como ‘Las chicas Gilmore’ (2003); ‘Doctoras de Philadelphia’ (2004); ‘Entre fantasmas’ (2007), y ‘Anatomía de Grey’ (2007).
Además, participa en películas tan diferentes como la comedia ‘Una cenicienta moderna’ (2004); el thriller de terror ‘The Collector’ (2009), y los dramas ‘Nuestra canción de amor’ (2010) y ‘The Family Tree’ (2010).