Vid 17 års ålder blev Bloodgood en av Laker Girls.
Under 2005 rankades hon som nummer 99 på Maxims magasinets Hot 100-lista. Därefter rankades hon som nr 53 2006, nr 40 2007 och nr 20 2009.
I Day Break (2006-2007) spelade hon Rita Shelten, flickvännen till en detektiv som blir anklagad för mord och arresterad inom loppet av en dag, men som hela tiden upplever att han återupplever samma dag. År 2007 spelade Bloodgood huvudrollen som Livia Beale i den amerikanska science fiction-tv-serien Journeyman på NBC.
Hon hade en roll i filmen Street Fighter: The Legend of Chun-Li, som hade premiär i februari 2009. Hon spelade Blair Williams i Terminator Salvation, den fjärde filmen i Terminator-serien, och återupptog sin roll i videospelet och den animerade prequel-webserien Terminator Salvation:
I början av 2009 deltog hon i den tredje säsongen av serien Burn Notice i en återkommande roll som inspektör Michelle Paxson.
Från 2011 till 2015 porträtterade hon Dr. Anne Glass i TNT:s science fiction-serie Falling Skies som produceras av Steven Spielberg. Vid Sundance Film Festival 2012 vann Bloodgood ”Special Jury Prize” för dramatiskt ensemblespeleri i The Sessions tillsammans med John Hawkes, Helen Hunt och William H. Macy.
Hon röstskådespelar även rollen som ärkeängeln Uriel i videospelet Darksiders.
2017 blev hon ordinarie i den tredje säsongen av det medicinska dramat Code Black.