Durch In Treatment einem breiten amerikanischen Fernsehpublikum bekannt geworden, erhielt Wasikowska weitere Filmrollen in Edward Zwicks Kriegsdrama Defiance – Für meine Brüder, die niemals aufgabenund Mira Nairs Amelia-Earhart-Biografie Amelia (2010) , in denen sie unter anderem an der Seite von so bekannten Kollegen wie Daniel Craig, Hilary Swank oder Richard Gere zu sehen war. Ende Juli 2008 wurde bekannt, dass Wasikowska an der Seite von Johnny Depp die Titelrolle in Tim Burtons Neuverfilmung des Kinderbuchklassikers Alice im Wunderland (2010) interpretieren würde, deren Kinostart Anfang März 2010 erfolgte. Alice im Wunderland war großer Erfolg an den Kinokassen beschieden. Der Film belegte mit einem weltweiten Einspielergebnis von über einer Milliarde US-Dollar Platz zwei hinter dem AnimationsfilmToy Story 3. Im selben Jahr folgte eine Nebenrolle in Lisa Cholodenkos The Kids Are All Right. In der preisgekrönten Komödie spielte Wasikowska die durch künstliche Befruchtung gezeugte Tochter eines lesbischen Paares (gespielt von Annette Bening und Julianne Moore), die ihren biologischen Vater ausfindig machen möchte. Durch den Kinokassenerfolg beider Filme (1,03 Milliarden US-Dollar) belegte die australische Schauspielerin im Dezember 2010 nach einer Erhebung des Forbes Magazine gemeinsam mit Johnny Depp (Alice im Wunderland und The Tourist) hinter Leonardo DiCaprio (Shutter Island undInception) Platz zwei der finanziell erfolgreichsten Schauspieler Hollywoods.
Mia Wasikowska nennt die Schauspielerinnen Emily Barclay, Cate Blanchett, Abbie Cornish, Miranda Otto sowie Holly Hunter und Robin Wright Penn als Vorbilder. Ebenfalls begeistert sie sich für die Filme vonGus Van Sant, mit dem sie für das Drama Restless (2011) zusammenarbeitete. Darin spielte sie ein todkrankes Mädchen, das sich in einen todessehnsüchtigen Jungen (gespielt von Henry Hopper) verliebt. Im selben Jahr folgt die Titelrolle der Jane Eyre (2011) neben Michael Fassbender in Cary Fukunagas gleichnamiger Literaturverfilmung nach Charlotte Brontë.
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