Kodi Smit-McPhee est né à Adélaïde dans l'Australie-Méridionale, de sa mère Sonja et de son père, le comédien et ancien lutteur Andy McPhee. Sa grande sœur Sianoa Smit-McPhee est également actrice.
Il fait son premier pas, en 2005, sur la scène de la comédie musicale Walkabout. Elle raconte l'histoire de deux enfants rescapés d'un accident d'aviation et qui, mourants de soif et de faim, sont secourus par un aborigène australien, une adaptation libre du roman éponyme de James Vance Marshall (1959) — qui a également été filmé, en 1971, pour le grand écran sous le même titre par le réalisateur britannique Nicolas Roeg (précédemment intitulé La randonnée en France).
Kodi Smit-McPhee commence sa carrière, en 2005 en Australie, au cinéma avec le court-métrage dramatique À la dérive (Stranded) de Stuart McDonald avant de passer au téléfilm Virus, nouvelle menace (Fatal Contact: Bird Flu in America, 2006) de Richard Pearce pour la chaîne américaine ABC et aux séries télévisées Rêves et Cauchemars (Nightmares and Dreamscapes: From the Stories of Stephen King, 2006) et Monarch Cove (2006, inédit en France).
De retour aux téléfilms australiens, il interprète un jeune personnage authentique dans The King de Mathew Saville (2007), adapté du roman biographique de l'animateur australien Graham Kennedy, et prête la voix dans l'animation The Adventures of Charlotte and Henry de Steve Trenbirth (2008), aux côtés de son père Andy McPhee.
Après Romulus, My Father de Richard Roxburgh qui lui vaut plusieurs récompenses, à l'origine, en 2007, il devait incarner le jeune Logan dans X-Men Origins: Wolverine pour lequel il n'était pas en mesure de tourner en raison de son emploi chargé au même moment de La Route (The Road) de John Hillcoat, dans lequel il interprète le rôle du fils du père joué par Viggo Mortensen. Ce film, tiré du roman éponyme à succès écrit par Cormac McCarthy (2006), l'a d'ailleurs fait révéler au public, en 2009. Au Festival du film de Londres 2009, Viggo Mortensen raconte que Kodi Smit-McPhee était l'un des quatre finalistes qui, tout le monde s'étant entraîné avec lui, a été choisi à l'unanimité, parce qu'il dégageait la jeunesse, l'innocence et la sagesse.
Il est choisi, en 2009, pour incarner le personnage d'Owen aux côtés de Chloë Moretz dans Laisse-moi entrer (Let Me In, 2010) de Matt Reeves, remake du film suédois Morse (Låt den rätte komma in, 2008) réalisé par Tomas Alfredson, dont le tournage a lieu dans le comté de Los Alamos du Nouveau-Mexique. Lors d'un interview au Comic-Con en 2010, il dit n'avoir vu le film original ni avant ni pendant le tournage du remake afin qu'il ne copie Oskar (interprété par Kåre Hedebrant). Il est deux fois récompensé comme meilleur acteur à la cérémonie des Phoenix Film Critics Society Awards 2010 et à la cérémonie des Critics' Choice Movie Awards 2011.
Révélé par lui-même dans une interview en fin janvier 2011, il fait également partie du casting avec Robin Wright, Danny Huston, Harvey Keitel et Paul Giamatti pour le film de science-fiction Le Congrès (The Congress) d'Ari Folman sous forme de prises de vues réelles et d'animation, adapté de la nouvelle polonaise éponyme (Kongres futurologiczny) de Stanislaw Lem (1971). En juin 2011, il interprète le personnage de Benvolio dans le film Roméo et Juliette de Carlo Carlei tiré du roman éponyme de William Shakespeare (Romeo and Juliet).
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