Za rolę Anny Hauptman w dramacie kryminalnym HBO Zbrodnia stulecia (Crime of the Century, 1996) w reżyserii Marka Rydella zdobyła nominację do Złotego Globu dla najlepszej aktorki drugoplanowej w serialu, miniserialu lub filmie telewizyjnym.
Jako Katchen w dramacie wojennym Rozdarte niebo (Il cielo cade, 2000) była nominowana do David di Donatello dla najlepszej aktorki. W 2004 Rossellini wystąpiła w off-broadwayowskiej produkcji Terrence’a McNally Syndrom Stendhala (The Stendhal Syndrome).
W 2024 roku zagrała siostrę Agnes w filmie Konklawe, będącym adaptacją powieści Roberta Harrisa. Za tę rolę była nominowana do nagrody Brytyjskiej Akademii Akademii Filmowej (BAFTA 2025) oraz do Oscara (2025) dla najlepszej aktorki drugoplanowej.
Przewodniczyła jury konkursu głównego na 61. MFF w Berlinie (2011) oraz jury sekcji „Un Certain Regard” na 68. MFF w Cannes (2015).
W 2026 odebrała nagrodę Excellence Award na 79. edycji Międzynarodowego Festiwalo Filmowego w Locarno.
Życie prywatne Rossellini ma podwójne obywatelstwo: włoskie i amerykańskie.
W 1974 spotykała się z pisarzem Franco Angelim.