Плимптон родилась и выросла в Нью-Йорке. Её родители — актёры Кит Кэррадайн и Шелли Плимптон. Она окончила школу в Манхэттене и будучи ребёнком начала выступать на сцене вместе со своей матерью. В 1980-х Плимптон работала моделью в Calvin Klein. На экране она дебютировала в 1981 году, в возрасте 11 лет, в фильме «Вся эта дребедень».
Плимптон получила широкую известность после роли в фильме «Балбесы», а после появилась в картинах «Берег москитов», «Стыдливые люди», «Бег на месте», «Другая женщина», «Стэнли и Айрис», «Записки Манки Зеттерлэнда», «Саманта», «Джош и Сэм», «Я стреляла в Энди Уорхола», «Миссис Паркер и порочный круг», «Красивые девушки», «Музыка из другой комнаты» и «200 сигарет». Роль в фильме «Стыдливые люди» с Джилл Клейберг принесла Плимптон номинацию на «Независимый дух» за лучшую женскую роль второго плана в 1988 году.
В 2000-х годах роли в кинофильмах для Плимптон иссякли и она переместилась на телевидение. В 2002 году она получила свою первую номинацию на «Эмми» за гостевую роль в сериале «Закон и порядок: Специальный корпус». С тех пор она появлялась в «Анатомия страсти», «Закон и порядок: Преступное намерение», «Седьмое небо», «Медиум», «Грань» и «Юная». Также у неё были второстепенные роли в «Как преуспеть в Америке» (2010—11) и «Хорошая жена» (2009—13), роль в последнем принесла ей «Эмми» в категории «Лучшая приглашённая актриса в драматическом телесериале» в 2012 году.
С 2010 по 2014 год Плимптон исполняла роль матери и бабушки семейства в комедийном сериале Fox «Воспитывая Хоуп». Роль принесла ей номинацию на «Эмми» за лучшую женскую роль в комедийном телесериале в 2011 году. В 2015 году Плимптон начала сниматься в ситкоме ABC «Настоящие О’Нилы», также играя главу семейства.
В начале 2000-х Плимптон сконцентрировалась на работе в театре, дебютируя в 2001 году как режиссёр на чикагской сцене. В 2004 году она дебютировала на Бродвее, где с тех пор появилась в ряде постановок, включая «Берег Утопии», роль в которой принесла ей премию «Драма Деск» и номинацию на «Тони». Затем она номиноровалась на «Тони» за роли в «Лучшие девушки» и «Приятель Джои». В 2014—15 годах она вернулась на Бродвей с главной ролью в пьесе «Хрупкий баланс».
