Im Alter von 13 Jahren wird Lyndsy Fonseca entdeckt und ihre Karriere als Schauspielerin beginnt. Mit ihrer Familie zieht sie rasch nach Los Angeles, wo sie ihr Debüt in der Serie "Schatten der Leidenschaft" gibt. Vier Jahre lang steht Lyndsy dort als "Colleen Carlton" vor der Kamera, bevor sie 2005 erneut für eine große Serie engagiert wird. In "How I Met Your Mother" übernimmt sie die Rolle von "Teds" Tochter, der seinen Kindern die Geschichte über das Kennenlernen ihrer Mutter ausführlich erzählt.
Ihren internationalen Durchbruch als Schauspielerin schafft Lyndsy Fonseca mit der Kultserie "Desperate Housewives", wo sie zwei Jahre lang als "Dylan Mayfair" auf der Mattscheibe zu sehen ist. Neben ihren festen Engagements steht die hübsche Kalifornierin für diverse Gastrollen in TV-Serien vor der Kamera. Unter anderem kann sie sich "Malcom Mittendrin", "Big Love", "CSI: Den Tätern auf der Spur" und "Dr. House" auf den Steckbrief schreiben.
Neben den Serien ist Lyndsy Fonseca auch an großen Kinoproduktionen beteiligt. 2010 dreht sie den Spielfilm "Kick-Ass" und die Komödie "Hot Tub – Der Whirlpool... ist 'ne verdammte Zeitmaschine" ab. Ebenfalls in diesem Jahr ergattert die attraktive Schauspielerin die Hauptrolle in der Serie "Nikita", wo sie 73 Episoden zu sehen ist. Es folgt der Horrorfilm "The Ward" und die Fortsetzung "Kick-Ass 2". 2014 übernimmt sie in dem Film "Moments of Clarity" die Hauptrolle.