Rosanna Arquette passe son enfance dans une communauté hippie près de Chicago. A quinze ans, elle décide de devenir actrice et se rend en stop à Los Angeles. Elle devient l'égérie du leader du groupe Toto, Steve Porcaro, qui lui dédie un tube. Après de nombreuses expériences psychédéliques, elle est remarquée par un talent-scout d'Hollywood qui la fait débuter à la télévision.
Parallèlement, Rosanna Arquette décroche quelques rôles au cinéma. Séduisante avec son allure d'adolescente frondeuse, elle est remarquée dans S.O.B. (Blake Edwards, 1980). Après deux compositions de jeunes capricieuses dans Baby it's you (John Sayles, 1983) et dans The aviator (George Miller, 1985), elle s'impose (aux côtés de Madonna !) dans Recherche Susan, désespérément (1985), un film très "eighties" de Susan Seidelman. Son personnage, qui souffre d'un dédoublement de personnalité à la suite d'un choc sur la tête, révèle une actrice aussi fantaisiste qu'intense.
Elle figure par la suite dans des films importants : Silverado (Lawrence Kasdan, 1985) ou After hours (Scorsese, 1986). Scorsese en fait un des étranges personnages féminins de Soho, qui hantent la folle nuit du héros. Rosanna Arquette passe ensuite quelques mois en Europe. Luc Besson lui offre le rôle de Johanna dans son Grand bleu (1987). Le film devient culte et l'actrice est désormais réclamée dans le monde entier. Mais Rosanna Arquette ne profite pas du "star-system" et privilégie les réalisateurs indépendants. On la voit toutefois dans Pulp fiction (Tarantino, 1993) : dans une scène d'anthologie elle seconde John Travolta qui doit enfoncer une seringue dans le coeur d'Uma Thurman en pleine overdose d'héroïne... Toujours provocante, on voit l'actrice dans le sulfureux Crash de Cronenberg (1996) : un couple en perte de souffle ranime ses fantasmes sexuels en provoquant des accidents de la route, Rosanna incarne Gabrielle, l'une des accidentées.
Marquant toujours ses préférences pour un cinéma original, elle est l'une des têtes d'affiche d'un film choral britannique indépendant, Sugar Town (Allison Anders, Kurt Voss, 1999). La même année, Jean-Marc Barr son partenaire du Grand Bleu la dirige dans Too much flesh ; ce film français nous emmène au sein d'une communauté très puritaine du Middle West et raconte l'histoire d'un couple n'arrivant pas à vivre sa sexualité, Rosanna Arquette est Amy, l'épouse naïve et torturée. Elle se transforme en une insupportable chippie dans Mon voisin le tueur (Jonathan Lynn, 1999), prête à tout pour faire vivre un enfer à son époux (Matthew Perry) quitte à le supprimer définitivement.
En 2001 Rosanna Arquette passe derrière la caméra et signe Searching for Debra Winger, un documentaire sur les actrices où elle laisse libre parole à une quarantaine d'actrices du monde entier. Puis elle n'apparaît plus que très rarement sur le grand écran, et dans des petits rôles.
Rosanna Arquette se produit régulièrement dans des fictions pour la télévision. On peut notamment la voir en compagnie d'Anthony Perkins dans In the deep woods, ou dans un téléfilm de Lawrence Schiller (1982), Le chant du bourreau, tiré d'un best-seller de Norman Mailer consacré à l'affaire Gary Gilmore, exécuté sur la chaise électrique en 1977.
Longs métrages 2001 | Searching for Debra Winger | Rosanna Arquette |
| 2001 | Searching for Debra Winger | Rosanna Arquette |
| 2001 | Searching for Debra Winger | Rosanna Arquette |
| 1979 | More American Graffiti American graffiti, la suite | Bill Norton |
| 1980 | Gorp | Joseph Ruben |
| 1980 | S.O.B. | Blake Edwards |
| 1983 | Aviator (The) | George Miller |
| 1983 | Baby, It's You | John Sayles |
| 1983 | Off the Wall | Rick Friedberg |
| 1984 | Desperately Seeking Susan Recherche Susan désespérément | Susan Seidelman |
| 1985 | After Hours Quelle nuit de galère | Martin Scorsese |
| 1985 | Eight Million Ways to Die Huit millions de façons de mourir | Hal Ashby |
| 1985 | Silverado | Lawrence Kasdan |
| 1986 | Nobody's Fool | Evelyn Purcell |
| 1987 | Amazon Women On the Moon Cheeseburger film sandwich | Robert K. Weiss, Carl Gottlieb, Peter Horton, [etc.] |
| 1987 | Grand bleu (Le) | Luc Besson |
| 1988 | Black Rainbow | Mike Hodges |
| 1988 | New York Stories : Life Lessons New York Stories : Apprentissage | Martin Scorsese |
| 1990 | Linguini Incident (The) | Tamar Brott, Richard Shepard |
| 1990 | Sweet Revenge | Charlotte Brandstrom |
| 1990 | Wendy Cracked a Walnut = Almost | Michael Pattinson |
| 1991 | Flight of the Intruder | John Milius |
| 1992 | Fathers and Sons | Paul Mones |
| 1992 | Nowhere to Run Cavale sans issue | Robert Harmon |
| 1993 | Pulp Fiction | Quentin Tarantino |
| 1994 | Cité de la peur, une comédie familiale (La) | Alain Berbérian |
| 1994 | Search and Destroy | David Salle |
| 1995 | Crash | David Cronenberg |
| 1995 | Gone Fishin' | Christopher Cain, John G. Avildsen |
| 1997 | Deceiver Liar - Le suspect idéal | Jonas Pate |
| 1997 | Do Me a Favor | Sondra Locke |
| 1998 | Buffalo 66 | Vincent Gallo |
| 1998 | Fait Accompli | Andrzej Sekula |
| 1998 | Hell's Kitchen | Tony Cinciripini |
| 1998 | I'm Losing You | Bruce Wagner |
| 1999 | Sugar Town | Allison Anders, Kurt Voss |
| 1999 | Too much flesh | Jean-Marc Barr, Pascal Arnold |
| 1999 | Whole Nine Yards (The) Mon voisin le tueur | Jonathan Lynn |
| 2000 | Good advice | Steve Rash |
| 2001 | Big Bad Love | Arliss Howard |
| 2001 | Searching for Debra Winger | Rosanna Arquette |
| 2001 | Things Behind the Sun | Allison Anders |
| 2008 | Inhale | Baltasar Kormákur |
| 2010 | Divide (The) | Xavier Gens |
| 2010 | Peace, Love & Misunderstanding | Bruce Beresford |
| 2014 | Kill Your Friends | Owen Harris |
| 2017 | Hal | Amy Scott |
| 2017 | Holy Lands | Amanda Sthers |
| 2018 | Untouchable L'Intouchable Harvey Weinstein | Ursula Macfarlane |
| 2019 | Love is Love is Love | Eleanor Coppola |