Fue nominada a un Emmy por su papel protagonista en la mini-serie Homeless to Harvard (Lifetime). Basada en una historia real, Birch encarnó a Liz Murray, una muchacha que pasó de vivir en las calles de Nueva York a graduarse como primera de su clase en el instituto y conseguir un puesto de becaria para trabajar en el New York Times mientras cursaba sus estudios universitarios.

En The Hole, el film de terror de Nick Hamm interpreta a una chica que debe sobrevivir encerrada en un viejo y profundo refugio anti-bombas, y en Silence Becomes You, de Stephanie Sinclair comparte cartel con Juliette Lewis

Su trabajo en Ghost World, de Terry Zwigoff, basada en el cómic del mismo nombre, le valió cuatro premios a la Mejor Actriz y una nominación a un Globo de Oro.

La afilada y aclamada interpretación que hizo en el papel de hija rebelde de Kevin Spacey y Annette Benning en American Beauty contribuyó a que el film de Sam Mendes fuera una de las obras cinematográficas más premiadas de 2000, incluyendo en su palmarés cinco Oscars.

La larga lista de créditos profesionales de Birch arranca cuando ella contaba con tan sólo seis años con el film Purple People Eater, donde apareció junto a Ned Beatty y ganó su primer Youth in Film Award como Mejor Actriz de Menos de 9 Años de Edad. Entonces pasó a protagonizar Un Lugar llamado Paraíso, junto a un plantel de actores que incluía a Elijah Wood, Don Johnson y Melanie Griffith, siendo premiada por ello con otro Youth in Film Award a la Mejor Actriz en Largometraje.

Después vendría el papel de nieta de Lauren Bacall en Todo lo que quiero para Navidad, seguida de un intento papel como hija de Anne Archer y Harrison Ford en Juego de Patriotas, papel que retomarían en las secuela de dicha película, Peligro Inminente. Entre ambas co-protagonizaría El Retorno de las Brujas, al lado de Bette Midler y Sarah Jessica Parker.

Entre otros trabajos suyos, cabe destacar los realizados en un ladrón de cuatro manos, con Harvey Keitel; Amigas para Siempre, al lado de Demi Moore, Rosie O’Donnell y Christina Ricci; Alaska, con Charlton Heston; A Cualquier otro Lugar, de Wayne Wang, con Susan Sarandon y Natalie Portman y haciendo de Emperatriz Savina en Dragones y Mazmorras, co-protagonizada por Jeremy Irons.

Birch comenzó su carrera en anuncios publicitarios a la edad de cuatro años y apareció por primera vez en la pequeña pantalla a los seis, concretamente en la serie Day by Day. Entonces pasó a un papel fijo en Parents, al lado de Leonardo DiCaprio.

En 2002, Birch, que vive en un pequeño pueblo a las afueras de Los Angeles, se graduó en su instituto con sobresaliente. Suele viajar mucho y dirige su propia compañía productora, donde desarrolla diversos proyectos, dos de los cuales se está pensando en dirigir.