Её отец Джим (Jim) — бывший агент ФБР, мать Джоан (Joan) — автор книг для детей. У Грэм есть младшая сестра Эйми (Aimee), также актриса и писательница. Воспитание в семье велось в строгой католический традиции. Позже Грэм отвергла католическую церковь. С 1991 года она практикует индуизм.
Грэм посещала начальную школу в Спрингфилде, штат Виргиния, потом вместе с семьёй переехала в район Конейо Велли (англ. Conejo Valley), близ Лос-Анджелеса, где она в 1988 году окончила среднюю школу Агоура (англ. Agoura High School).
Сначала родители Грэм благожелательно отнеслись к началу её актёрской карьеры, но заботились о том, чтобы она не участвовала в фильмах с изображением секса и обнажённого тела. Однако Грэм всё же появилась полностью обнажённой в нескольких сценах фильма «Ночи в стиле буги» (1997). Сейчас Грэм полностью отдалилась от своих родителей, которые продолжают придерживаться католицизма.
В 1991 году Грэм участвовала в съёмках телевизионном сериале «Твин Пикс», сыграв роль Энни Блэкбёрн.
После окончания средней школы Грэм стала посещать курсы повышения квалификации при Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе. На них она повстречала актёра Джеймса Вудса. Возможно, что благодаря их роману, актриса прошла кастинг на участие в фильме «Диггстаун» (1992) с участием Вудса.
После двух лет обучения на курсах Грэм прекратила их посещать и полностью посвятила себя актёрской карьере, несмотря на возражения родителей. Она переехала в Голливуд, где сменила несколько рабочих мест и в то же время продолжала своё становление как актриса.
Как актриса вспомогательного состава Грэм снялась в нескольких ролях, включая роль Надин в фильме «Аптечный ковбой» (1989). Однако её прорывом можно считать роль порностарлетки 1970-х годов в фильме «Ночи в стиле буги», за которую она несколько раз номинировалась на получение наград.
Её первая роль в качестве ведущей актрисы — роль Фелиции Трахвэлл в фильме «Остин Пауэрс: Шпион, который меня соблазнил» (1999). Она также участвовала съемках видео на саундтрек «American Woman» к фильму (написан Ленни Кравицем).
В 2001 году Грэм снялась в роли Мэри Келли в фильме «Из ада» — экранизации истории о Джеке Потрошителе. В 2002 году снялась в фильме «Гуру», а также в менее успешном фильме «Убей меня нежно».
Журнал «People» включил Грэм в список 50-ти самых красивых людей в мире (2001).
Грэм также сыграла саму себя в одном из эпизодов телевизионного сериала «Секс в большом городе», снялась в девяти эпизодах сериала «Клиника» кинокомпании NBC (четвёртый сезон, 2004—2005) и в небольшой роли учительницы в сериале «Задержка развития» кинокомпании Fox.
В 2005 году Грэм стала представлять торговую марку Гарнье (Garnier), рекламируя средства по уходу за волосами. Фотографии Грэм по рекламе водки SKYY, сделанные в 1993 году, всё ещё можно найти в журналах.
Одной из последних работ Грэм было участие в 2006 году в комедийном сериале канала ABC «Пять причин сказать нет», однако, после первого выпуска в эфир 9 января 2006 года, было объявлено о прекращении шоу. Из-за того, что обложки журнала «Life» были отпечатаны заранее, и никто не ожидал отмены шоу, 27 января 2006 года вышел номер с историей о Хизер Грэм, где она была названа «самой сексуальной телезвездой» («TV’s sexiest star»). Рекламные щиты о шоу также оставались на своих местах несколько недель после отмены сериала.