Dunn ha frequentato la North Carolina School of the Arts, dove ha studiato teatro. Nel 2010 Filmmaker Magazine l'ha nominata uno dei 25 volti nuovi nella categoria film indipendenti, e il Los Angeles Times l'ha propagandata come "futura stella" sulla base dei suoi ruoli nei film indipendenti come Cold Weather (2010) e The New Year (2010). Dunn è salita alla ribalta grazie alla serie tv FoxCanterbury's Law nel ruolo di Molly McConnell. I suoi ultimi ruoli cinematografici hanno incluso film lodati dalla critica Cold Weather (2010), The New Year (2010), Vacation! (2010), e United 93 (2006).
È apparsa anche nella serie TV Fringe come Valerie Boone, una vittima di un esperimento scientifico nell'episodio "Midnight", è anche apparsa in un episodio di Law & Order - Unità vittime speciali. Nel 2013 prende parte ad alcuni episodi della serie televisiva Golden Boy, interpretando il ruolo della giornalista Margot Dixon. Sempre nello stesso anno entra a far parte del cast della serie tv Banshee - La città del male nel ruolo di Siobhan Kelly, giovane agente del dipartimento dello sceriffo, ricoprendo la parte fino al 2015.. A partire dal 2015 interpreterà la parte dell'agente dell'U.S. Marshal Allison Knight nella serie Blindspot.