Alexa Vega lleva actuando desde los cuatro años. A esa edad interpretó a la hija de Burt Reynolds en la aclamada serie de televisión Evening Shade. Alcanzó la popularidad internacional en 2001 gracias a su papel de Carmen Cortez en la trilogía de SPY KIDS. Vega debutó en Brodway en 2007 interpretando a Penny Pingleton en la versión de Broadway de "Hairspray", galardonada con el Premio Tony.
Alexa Vega ha participado en películas como TWISTER, en la que hacía de Helen Hunt de joven, en LITTLE GIANTS, NINE MONTHS (NUEVE MESES), GHOSTS OF MISSISSIPPI (FANTASMAS DEL PASADO), DEEP END OF THE OCEAN (EN LO PROFUNDO DEL OCÉANO), SLEEPOVER, y STATES EVIDENCE. Cuenta con apariciones en televisión, en las series Ladies Man, donde hacía de hija de Alfred Molina, ER (Urgencias), Chicago Hope, y como protagonista en Odd Girl Out. Más recientemente hemos podido verla en la película de HBO, WALKOUT. Además, acaba de terminar el rodaje de la película independiente, THE BEAUTIFUL ORDINARY.