Nata vicino a Hildesheim, nella Bassa Sassonia, è figlia dell’impresaria bancaria Maria-Theresia e del tipografo Hans-Heinrich Heidkrüger; i suoi genitori sono da tempo divorziati.
Il 1º settembre 2001 si è sposata con l’attore e regista francese Guillaume Canet, per poi divorziare nel 2006; la Kruger ha affermato che il loro matrimonio è fallito a causa delle lunghe separazioni dovute alle loro carriere nel cinema. Nello stesso anno si è legata all’attore canadese Joshua Jackson, la relazione si è conclusa nel luglio 2016.
Vive tra Parigi e Vancouver, e oltre al tedesco parla correntemente l’inglese e il francese.
Intraprese, ancora giovane, la carriera di ballerina a Londra, ma fu costretta ad abbandonarla a causa di un infortunio. Intraprese a Parigi la carriera di modella e vinse a quindici anni il titolo “Look of the Year” della Elite. Venne attratta dalla recitazione ottenendo, inizialmente, delle parti di secondo piano. Cambiò dunque il cognome in uno più facile da pronunciare in inglese (da Heidkrüger a Kruger) e iniziò la carriera a Hollywood. Debuttò nel 2002, assieme a Dennis Hopper e Christopher Lambert in The Piano Player. Ebbe la parte di Julie Wood in Adrenalina blu – La leggenda di Michel Vaillant del 2003 e di Lisa in Appuntamento a Wicker Park (2004), con Josh Hartnett.
Viene infine notata dal grande pubblico nel ruolo di Elena nel film Troy di Wolfgang Petersen. Nel 2004 fu protagonista con Nicolas Cage nel film Il mistero dei Templari e in Il mistero delle pagine perdute. Successivamente è apparsa in altri film come Joyeux Noël – Una verità dimenticata dalla storia (2005) e Io e Beethoven (2006). Nel 2009 ha interpretato Bridget Von Hammersmark in Bastardi senza gloria di Quentin Tarantino e Anna in Mr. Nobody di Jaco Van