I en alder af 17 år blev Bloodgood en af Laker Girls.
I 2005 blev hun placeret som nr. 99 på Maxims magasinets Hot 100-liste. Hun blev derefter nr. 53 i 2006, nr. 40 i 2007 og nr. 20 i 2009.
I Day Break (2006-2007) spillede hun Rita Shelten, kæresten til en kriminalbetjent, der bliver anklaget for mord og arresteret i løbet af en dag, men som hele tiden genoplever den samme dag. I 2007 spillede Bloodgood hovedrollen som Livia Beale i den amerikanske science-fiction tv-serie Journeyman på NBC.
Sig havde hun en rolle i filmen Street Fighter: The Legend of Chun-Li, som havde premiere i februar 2009. Hun spillede hovedrollen som Blair Williams i Terminator Salvation, den fjerde film i Terminator-serien, og hun gentog sin rolle i videospillet og den animerede prequel-webserie Terminator Salvation: The Machinima Series.
I begyndelsen af 2009 deltog hun i tredje sæson af serien Burn Notice i en tilbagevendende rolle som kriminalassistent Michelle Paxson.
Fra 2011 til 2015 spillede hun Dr. Anne Glass i TNT’s science fiction-serie Falling Skies, der er executive produceret af Steven Spielberg. På Sundance Film Festival i 2012 vandt Bloodgood “Special Jury Prize” for dramatisk ensemble-skuespil i The Sessions sammen med John Hawkes, Helen Hunt og William H. Macy.
Hun lægger også stemme til rollen som ærkeenglen Uriel i videospillet Darksiders.
I 2017 blev hun tilføjet som fastansat i tredje sæson af det medicinske drama Code Black.