Rachel Emily Nichols nasceu em Augusta, Maine, filha de Alison e James Nichols, um professor da escola. Ela tem ascendência inglesa, francesa canadense, alemã, irlandesa, italiana e escocesa. Ela freqüentou e se formou na Cony High School em Augusta, onde competiu no salto em altura. Ela frequentou a Columbia University em Nova York, onde ela se formou com dupla especialização em matemática e economia. Ela começou a modelar, lançando uma carreira de sucesso com o trabalho para empresas de alto perfil como Guess ?, Abercrombie & Fitch e L'Oréal.
Rachel começou a atuar, conseguindo um papel na comédia da HBO Sex and the City (1998) com seu primeiro teste. Ela fez sua estréia no cinema como Jessica Matthews no prequel Dumb e Dumberer: When Harry Met Lloyd (2003). O sucesso continuou com papéis em projetos como The Amityville Horror (2005), The Inside (2005), Alias (2001), G.I. Joe: A Ascensão de Cobra (2009), Criminal Minds (2005) (um papel recorrente como Agente do FBI Ashley Seaver) e Conan, o Bárbaro (2011). Ela desempenhou o papel principal do policial Kiera Cameron na série de ficção científica Continuum (2012).
