Linda Edna Cardellini nació el 25 de junio de 1975 en Redwood City, California, EE. UU.

Actuó en varias producciones escolares y comenzó a asistir a clases de teatro desde que tenía 10 años. Tras graduarse se mudó a Los Ángeles para buscar papeles en televisión y cine. Cardellini recibió su primer papel en 1996 cuando obtuvo el protagónico de la serie infantil, Bone Chillers. Esto le ayudo a obtener varias apariciones en programas de horario estelar, como Paso a paso, Ni idea, La tercera roca y Yo y el mundo. Sin embargo tuvo su primer gran éxito cuando obtuvo uno de los papeles protagónicos en la serie de Jóvenes y Rebeldes, junto a James Franco y Busy Philipps.

Cardellini obtuvo una respuesta positiva que posteriormente la catapultó ayudándola a dar el gran paso al cine, donde protagonizó la adaptación a la pantalla grande de Scooby-Doo, en la que interpretó al personaje de Velma, personaje que repitió en la secuela que se realizó un par de años después.

En 2003 regresó a la televisión para unirse al elenco del drama del hospital Sala de emergencia, como la enfermera Samantha Taggart, papel que interpretó durante seis temporadas. Sus otros trabajos cinematográficos incluyen actuaciones en Legalmente rubia, Secreto en la montaña, Kill the Irishman y Super.

Del 2010 al 2011, Cardellini regresó al escenario con el grupo de comedia Dr. God haciendo presentaciones en Los Ángeles y San Francisco. En 2013, recibió su primer nominación al Emmy como Mejor actriz invitada en Serie Dramática por su participación en Mad Men.

Linda tiene una Licenciatura en Artes en Teatro de la Universidad Loyola Marymount, y completó un programa de estudio de verano en el Teatro Nacional de Londres.

Actualmente reside en Los Ángeles. Está casada con Steven Rodríguez y tiene una hija.