Hayden a commencé à apparaître dans des films publicitaires à 11 mois, d'abord dans une publicité pour Playskool. Elle est apparue dans un grand nombre de films et séries (dont Malcolm) et est devenue célèbre grâce à la série Heroes où elle joue le rôle de la pom-pom girl Claire Bennet. Elle a ensuite joué le rôle d'une patineuse artistique dans Ice Princess.
Hayden travaille actuellement sur son album, qui devait au départ sortir le 8 mai 2007. La sortie de l'album a cependant été repoussée plusieurs fois : d'abord pour août, puis pour décembre. Elle est maintenant confirmée pour 2008. Cet album s'appellera Fallen Love. Le premier single Wake up call est sorti en juillet 2008
Hayden a un frère cadet, Jansen Panettiere. Sa mère est une ancienne actrice : Lesley. Elle entretient une relation amoureuse avec Milo Ventimiglia. Hayden est engagée dans une association pour sauver les baleines « Save the whales ».
