Braga debuterade i den portugisiska kortfilmen Trampolim (1998) och återvände sedan till sin skolgång. Hennes genombrott kom när hon fick rollen som ang Bisexlica i den kritikerrosade brottsfilmen City of God (2002), för vilken hon fick en nominering för Bästa kvinnliga biroll från Cinema Brazil Grand Prize. Därefter gick hon på universitetet medan hon uppträdde i ett par välrenommerade sydamerikanska filmer: Lower City (2005) och Only God Knows (2006). Hon medverkade också i det populära brasilianska TV-programmet Carandiru, Outras Historias (2005).
Braga gjorde sin engelskspråkiga debut med en huvudroll tillsammans med Brendan Fraser, Mos Def och Catalina Sandino Moreno i brottsthrillern Journey to the End of Night (2006), som hade premiär på den 5: e årliga Tribeca Film Festival. Hon fick ytterligare erkännande när sedan kastades motsatt Will Smith i blockbuster actionthriller I Am Legend (2007). Hon hade därefter roller i David Mamet-regisserad kampsportfilm Redbelt (2008), tillsammans med Chiwetel Ejiofor, den postapokalyptiska thrillern blindhet (2008), tillsammans med Julianne Moore och Mark Ruffalooch brottsdrama korsning över (2009), tillsammans med Harrison Ford, Ray Liottaoch Ashley Judd.
Braga porträtterade Beth i science fiction-filmen Repo Men (2010). Hon spelade rollen som Isabelle i Nimr Oguidd Antal ’ s science fiction actionfilm rovdjur (2010), som spelades in och producerades av Troublemaker Studios och Robert Rodriguez. Braga uppträdde som Frey Santiago i Neill Blomkamps science fiction actionfilm Elysium (2013), med Matt Damon och Jodie Foster. År 2014 spelade hon som Vania i den brasilianska djungelfilmen the Ardor, som Olivia i det argentinska romantikdrama Latitudes, och som Alice Taylor i Kriv Stenders actionthriller döda mig tre gånger.
2016 spelade Braga som Marisol Kingston i det västra dramaet duellen, tillsammans med Liam Hemsworth och Woody Harrelson. År 2017 spelade hon som Sophia i det kristna dramaet The Shack, tillsammans med Octavia Spencer och Sam Worthington, baserat på romanen med samma namn.sedan 2016 har Braga spelat i brottsdramaserien Queen of the South, producerad för USA Network, en anpassning av Arturo Perez-Revertes bästsäljande roman La Reina Del Sur. Serien markerade Bragas första ledande amerikanska tv-roll. Hon hade tidigare små biroller i en icke-engelsk TV-serie.
Braga spelade rollen som Cecilia Reyes i superhjälteskräckfilmen The New Mutants, som släpptes 2020. Hon spelade som Maggie Teixeira i HBO-drama miniserien We Are Who We Are, som skrevs och regisserades av filmskaparen Luca Guadagnino. Braga kommer också att visas i superhjältefilmen The Suicide Squad, som kommer att släppas 2021.