Ronan débuta en tant qu'actrice en participant à une multitude d'épisodes de deux séries télévisées irlandaises de 2003 à 2005 : The Clinic (dans le rôle de Rhiannon Geraghty) et Proof (dans le rôle de Orla Boland, initialement tenu par l'actrice Emma Bolger, qui jouait Orla dans la première saison).

Elle fit ses premiers pas dans le monde du cinéma lors de sa participation au film Death Defying Acts, bien que sa sortie soit repoussée jusqu'en 2008. Elle joue par la suite dans les films Lovely Bones et surtout Atonement (en français Reviens-moi) pour lequel elle fut sélectionnée aux Academy Awards pour le Meilleur Second Rôle. Elle signa récemment un contrat avec l'agence artistique CAA.

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