Nascida em Cherry Hill, New Jersey, Ali começou a modelar aos treze anos e viajou o mundo antes de se mudar para Los Angeles para estudar atuação. Seu primeiro trabalho profissional como atriz foi um papel na série de televisão Chicago Sons (1997). Ela teve sua descoberta no drama de futebol americano Varsity Blues (1999), que incluiu sua famosa cena de biquínis chantilly. Os papéis nos filmes de terror House on Haunted Hill (1999) e Final Destination (2000) fizeram a transição de sua carreira como atriz.
Atuando ao lado de Colin Farrell, Larter estrelou a comédia de faroeste American Outlaws (2001), que teve um péssimo desempenho de bilheteria. Naquele ano, ela também estrelou como "Brooke Taylor Windham" na comédia Legalmente Loira (2001) com Reese Witherspoon.
Não feliz com a forma como as coisas estavam indo, Larter mudou-se para Nova York em 2002 para reavaliar sua vida e carreira. Ela reprisou seu papel como "Clear Rivers" na sequência Final Destination 2 (2003), pela qual recebeu o prêmio de estrela. Um ano depois, ela fez uma participação especial no piloto da comédia dramática da HBO Entourage (2004) e estrelou em Three Way (2004) como "Isobel Delano". Ela teve um papel em A Lot Like Love (2005) como "Gina".
Larter voltou para Los Angeles em 2006, onde fez um teste para um papel no drama de ficção científica da NBC Heroes (2006). O piloto estreou em 25 de setembro de 2006 com avaliações de sucesso e muitos críticos declarando-o "o novo Lost (2004)". A série teve um total de 77 episódios em 4 temporadas, quando foi cancelada devido à diminuição da audiência e aos altos custos de produção. Tem havido interesse em uma minissérie ou um filme para encerrar o enredo.
Durante seu tempo em Heroes (2006), Larter fez várias aparições no filme. O primeiro foi o filme de Bollywood Marigold (2007), onde recebeu um salário de sete dígitos. O filme recebeu críticas principalmente negativas. Ela também estrelou Resident Evil: Extinction (2007), parte 3 da popular franquia de filmes baseada nos videogames da Capcom. Ela interpretou "Claire Redfield", baseada no personagem do videogame de mesmo nome. O filme foi um sucesso de bilheteria, triplicando seu orçamento de produção, embora tenha sido um fracasso crítico. Larter também apareceu na comédia do homem das cavernas Homo Erectus (2007), que foi lançada diretamente em DVD. O filme co-estrelou Hayes MacArthur, um ator com quem ela estava noiva em dezembro de 2007.
Em 2009, Larter estrelou ao lado de Beyoncé e Idris Elba no thriller Obsessed (2009). O filme estreou em primeiro lugar nas bilheterias, mas recebeu críticas negativas, com alguns críticos comparando-o a Atração Fatal (1987). Foi também neste ano que Larter e MacArthur se casaram em uma pequena cerimônia no Maine, entre os convidados estava a amiga íntima de Larter, Amy Smart. O casal tem dois filhos.
Ela reprisou seu papel como Claire Redfield em Resident Evil: Afterlife (2010) e Resident Evil: The Final Chapter (2016), dirigido por Paul W.S. Anderson.
