Los Angelesben született, de Dallasban (Texas) nőtt fel. Két húga van, Kristie 8, Kate 12 évvel fiatalabb nála. Művészeti középiskolába járt és színjátszásból szerzett diplomát. Pályáját színházakban kezdte, többek között játszott a Chicago c. musicalben és Rosalindát alakította az Ahogy tetszikben.
A közönség szélesebb körben a Kifutó a semmibe (Gia) című tv-drámában ismerhette meg, mely az HBO produkciójában készült. A számos díjat nyert filmben[2] Mitchell Lindát, a sminkeslányt játszotta, aki kétségbeesetten próbálja visszatartani a drogoktól modell barátnőjét, Giát (Angelina Jolie). Ezt követően főszerepet játszott a Linda McCartney életéről szóló tv-filmben, majd kisebb filmszerepek és a Vészhelyzet 14 epizódja után a Télapó feleségét játszotta a Télapu 2. és 3. részében. A Lost című népszerű amerikai tévésorozatbanDr. Juliet Burke-öt alakította. A szerepért 2007-ben Szaturnusz-díjra[3] jelölték legjobb televíziós női mellékszereplő kategóriában.
Magánélete
1994 és 1999 között David Lee Smith színésszel állt romantikus kapcsolatban. A 2000-es Mrs. Beatles – Linda McCartney története forgatásán ismerte meg Gary Bakewell színészt. Bár eljegyezték egymást, kapcsolatuk 2002-ben véget ért.
Mitchell 2004. június 13-án ment feleségül Chris Soldevilla színészhez. Fiuk, Christopher Joseph (CJ) Soldevilla 2005. szeptember 4-én született. 2013-ban Mitchell és férje kibékíthetetlen ellentétekre hivatkozva elvált egymástól.
