hr Filmdebüt gab Fox 2001 neben Mary-Kate und Ashley Olsen in Ferien unter Palmen. Anschließend hatte sie einen Kurzauftritt in Bad Boys II. Danach folgten kleinere Auftritte in Sitcoms wie Two and a Half Menals Bertas Enkelin Prudence und Hallo Holly. Im Film Bekenntnisse einer Highschool Diva (2004) sah man sie als Clara, die Widersacherin von Lola, gespielt durch Lindsay Lohan.
Einem größeren Publikum wurde sie 2007 durch den Michael-Bay-Film Transformers bekannt. Dort verkörperte sie die vorbestrafte Freundin Mikaela Banes von Sam Witwicky (dargestellt durch Shia LaBeouf). In der Fortsetzung Transformers – Die Rache wirkte sie neben Shia LeBeouf, Tyrese Gibson und John Turturro, wieder mit und musste für diese Rolle zehn Pfund zunehmen. Für den dritten Teil hatte Fox zwar für die Hauptrolle unterschrieben, wurde aufgrund ihres Hitler-Vergleichs mit Michael Bay entlassen. Die Hauptrolle erhielt Rosie Huntington-Whiteley, die nun die neue Freundin Carly Spencer verkörpert.
In dem im Jahr 2008 erschienenen Film New York für Anfänger (2008) verkörperte Fox eine attraktive Filmschauspielerin, neben Jeff Bridges und Kirsten Dunst. In der Horror-Komödie Jennifer’s Body – Jungs nach ihrem Geschmack die 2009 erschien, verkörperte sie die Hauptrolle Jennifer Check.
2010 sah man Fox in einer Nebenrolle, der Jonah-Hex-Comicverfilmung vor der Kamera – einem Western, in dem Josh Brolin die Hauptrolle spielt und John Malkovich dessen Widersacher. Noch im selben Jahr stand sie mit Mickey Rourke und Bill Murray im Drama Passion Play vor der Kamera, der bei dem Toronto International Film Festival Premiere feierte. In dem Film verkörpert sie die exotische Schönheit Lily, die bei einer Sideshow arbeitet.
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