Vergara begann ihre Karriere als Model und erregte erste Aufmerksamkeit in Lateinamerika durch einen Auftritt in einem Werbespot für Pepsi. Für den spanisch-sprachigen Fernsehsender Univision arbeitete sie daraufhin als Moderatorin populärer Sendungen wie Fuera de serie und A que no te atreves.

2002 hatte Vergara ihren Durchbruch in Hollywood mit einer Nebenrolle in der Filmkomödie Jede Menge Ärger von Barry Sonnenfeld mit Tim Allen und Rene Russo. Es folgten Auftritte in den Filmen Soul Plane, Dogtown Boys und Vier Brüder, für den sie mit ihren Co-Darstellern für einen Black Reel Award in der Kategorie bestes Ensemble nominiert wurde. Im Fernsehen trat Vergara durch Nebenrollen in den kurzlebigen Sitcoms Hot Properties und Knights of Prosperity in Erscheinung. Seit Mitte 2007 ist sie Mitglied der Besetzung von Amas de Casa Desesperadas, der kolumbianisch-ecuadorianischen Version von Desperate Housewives, und der Anwaltserie Dirty Sexy Money. Sie wurde mit einem Emmy bei der 62. Ehrung 2010 für die beste weibliche Nebenrolle ausgezeichnet, für die Mockumentary: Modern Family neben Ed O’Neill als seine junge, charismatische Ehefrau. 2011 folgte für den Part eine Golden-Globe-Nominierung.

Für ihr soziales Engagement wurde sie 1999 als Hispanic Woman of the Year ausgezeichnet. 2002 erhielt sie als erste Kolumbianerin die Auszeichnung Women of Hope für ihre Vorbildfunktion für junge lateinamerikanische Frauen.

Vergara hat einen Sohn (* 1991) aus einer geschiedenen Ehe.Ihre Schwester ist die Schauspielerin Sandra Vergara, die in Filmen wie Fright Night mitgespielt hat.