Свою первую роль Роуз Бирн сыграла в фильме «Кукла Даллас» в двенадцатилетнем возрасте. Затем последовали и другие работы в самых различных австралийских телесериалах, таких, как «Точка Эхо» (главная героиня – Белинда О`Конор), «Падшие ангелы», «Дикая сторона», «Большое небо», «Школа разбитых сердец» и др. Среди театральных работ в ее карьере особо стоит выделить одну из главных ролей в постановке «Три сестры» по пьесе А. П. Чехова.
Кубок Вольпи на Венецианском кинофестивале за лучшую женскую роль актриса получила за воплощение на экране образа слепой девушки в фильме «Богиня 1967 года», который вышел на экраны в 2000 году. Дебют в Голливуде пришелся на 2002 год, когда Роуз Бирн исполнила роль служанки в картине «Звездные войны. Эпизод II: Атака клонов» Джорджа Лукаса. Уже на следующий год она приняла участие сразу в трех австралийских лентах: «Ночь, которую мы назвали днем» с Мелани Гриффит и Деннисом Хоппером, «Монстр» и «Неисправимый оптимист». За роль Геммы Тейлор в последнем из названных фильмов актриса была названа «Лучшей Актрисой» ( по версии Австралийского Киноинститута).
В 2004 году Роуз Бирн сыграла Троянскую жрицу в эпической картине «Троя», а в 2006-м исполнила роль герцогини де Полиньяк в фильме «Мария Антуанета». В киноленте «Знамение» ей довелось поработать с Николасом Кейджем, а в 2010 году ее партнерами по съемочной площадке в картине «Побег из Вегаса», названой критиками «самой уморительной комедией уходящего года», стали Рассел Бренд и Джона Хилл.
