Loken nasceu em New York filha de Merlin "Chris" Loken (escritor) e Rande Porath (modelo); tanto seus avós paternos quanto maternos eram noruegueses e imigraram para a comunidade norueguesa de Wisconsin. Ela cresceu numa fazenda de frutas dos pais em Upstate New York.

Loken começou a atuar em 1994, interpretando "Danielle 'Dani' Andropoulos nº 3" num episódio de As The World Turns, e apareceu em vários programas de TV e filmes, incluíndo aparições regulares nas séries Philly, Unhappily Ever After, Mortal Kombat: Conquest, and Boy Meets World. Ela é provavelmente mais conhecida por sua atuação como a andróide T-X (Terminatrix) no filme Terminator 3: Rise of the Machines (2003).

Em 2004, ela apareceu num filme para a TV alemã, Dark Kingdom: The Dragon King (Em alemão: Die Nibelungen (também conhecido como "Espada de Xanten"), que foi ao ar como uma minissérie de 2 partes e bateu recordes de audiência. Após isso, estrelou como a protagonista da versão cinematográfica do game BloodRayne, e apareceu na versão do diretor do filme Dungeon Siege, chamada In the Name of the King (Em Nome do Rei). Ela apareceu em 10 episódios da 4ª temporada de The L Word, que foi ao ar em janeiro de 2007. Além disso, ela também foi a personagem-título na série Painkiller Jane que iniciou suas exibições em Abril de 2007.