Diplômée de la New College of Hofstra University et de l'Actor Center de New York, Rosemarie DeWitt fait ses débuts de comédienne dans les séries « New York: unité spéciale » et « Sex & the City ». En 2005, Ron Howard la dirige dans le biopic, De l'ombre à la lumière, qui revient sur la vie du célèbre boxeur Jim Braddock, qui n'est autre que son grand-père. La même année, elle apparaît dans la série « Rescue Me », avant de devenir l'héroïne de la série policière « Standoff » aux côtés de Ron Livingston. Ensemble, ils interprètent un duo de négociateurs lors des prises d'otages. Après l'arrêt de la série, qui compte seulement dix-huit épisodes, Rosemarie DeWitt apparaît dans la série dramatique sur les années 60, « Mad Men », dans le rôle de Midge Daniels la maîtresse de Don. En 2008, l'actrice joue face à Anne Hathaway dans le drame familial de Jonathan Demme, Rachel se marie. Avant d'interpréter Charmaine dans la série créée par Diablo Cody et Steven Spielberg « United States of Tara ».