Di origini giapponesi, Keiko Agena è nata a Honolulu e ha intrapreso l'attività di recitazione all'età di dieci anni. Ha frequentato la scuola preparatoria Mid-Pacific Institute sull'isola di Oahu per poi studiare recitazione per un anno presso il Whitman College.
L'attrice è nota principalmente per il ruolo di Lane Kim nella serie televisiva Una mamma per amica (Gilmore Girls), dove ha interpretato l'adolescente coreano-americana migliore amica della co-protagonista Rory Gilmore. Ha mantenuto la parte per tutte le stagioni regolari dello show, interpretando un personaggio di sedici anni all'inizio della serie nonostante avesse all'epoca ventisette anni. Per la sua performance ha ricevuto il premio come miglior attrice agli Ammy Awards, riconoscimento istituito per celebrare le eccellenze asiatiche e asiatico-americane nel cinema e nella televisione.
In ambito televisivo è apparsa in tre episodi della serie Felicity nel ruolo di Leila Foster e ha prestato la voce al personaggio di Yori nelle stagioni dalla seconda alla quarta della serie animata DisneyKim Possible. Ha inoltre preso parte come guest star a note produzioni tra cui Private Practice, Castle, Dr. House - Medical Division e nell'ultimo ciclo di episodi di E.R. - Medici in prima linea. Nel 2017 ha interpretato un'insegnante di liceo nella serie televisiva di NetflixTredici (13 Reasons Why).
Sul grande schermo ha interpretato il ruolo di Jun Ni nella commedia Hair Show con Mo'Nique, partecipando successivamente a Pericolosamente bionda (Major Movie Star) al fianco di Jessica Simpson e interpretando nel 2011 l'assistente del personaggio di Frances McDormand nel film di fantascienza Transformers 3 (Transformers: Dark of the Moon). Attiva anche in campo teatrale, nel 2010 ha recitato nella produzione drammatica No-No Boy a Santa Monica, in California.
Vita privata
Il 19 dicembre 2005 ha sposato Shin Kawasaki con una cerimonia tenutasi nella Las Vegas Valley, in Nevada.