Aclamada por su papel en la comedia de éxito Pequeña Miss Sunshine, recibió una nominación al Oscar por su interpretación en el drama psicológico de M. Knight Shyamalan El Sexto Sentido. Otro de sus papeles más aplaudidos fue en Japanese Story, por el que recibió un premio de la Academia Australiana.

La crítica cinematográfica de Boston la nombró Mejor Actriz del 2002 por su trabajo en Las Horas y Un Niño Grande. Collette ha participado recientemente en Voces en la Noche (junto a Robin Williams) y en la comedia de Curtis Hanson En sus Zapatos, coprotagonizada por Cameron Diaz y Shirley MacLaine. Entre sus proyectos futuros figura el thriller Mente Criminal (Versus) y el filme de la HBO Tsunami: El Día Después. Nacida y crecida en Australia, Collette estudió en el Instituto Nacional de Arte Dramático de Australia.

Se dio a conocer internacionalmente con el papel de Muriel en La Boda de Muriel (1994), por el que recibió una nominación al Globo de Oro. Entre sus siguientes películas destacan: Adorable Locura, Emma de Jane Austen, Esperando la Hora, The Boys, Velvet Goldmine, 8 Mujeres y ½, Shaft, Hotel Splendide, Al Límite de la Verdad, Connie y Carla y El Último Golpe.

Collette ha trabajado en los escenarios australianos para la Belvoir Street Theater y para la Sydney Theater Company. También apareció en el montaje de Broadway The Wild Party.