Родилась 8 января 1980 года в Огасте, штат Мэн (США) в семье Джима и Элисон Николс. Её отец являлся школьным учителем. Во время учёбы в школе Рэйчел занималась лёгкой атлетикой, а в старших классах училась по обмену во Франции. С 1995 года, параллельно с учёбой, она начала работать моделью. Рэйчел снималась для рекламных компаний Abercrombie & Fitch, Guess? и L’Oréal а также была ведущей на MTV. В 1998 году, после окончания школы, она поступила в Колумбийский университет в Нью—Йорке, где изучала экономику, психологию, а также драму. Рэйчел окончила университет в 2003 году с дипломами в области математики и экономики. Рэйчел дебютировала в кино в 2000 году в эпизодической роли в романтической драме «Осень в Нью—Йорке». В 2002 году, благодаря своему агенту, она получила эпизодическую роль в четвёртом сезоне сериала «Секс в большом городе». В том же году Рейчел сыграла свою первую крупную роль в комедии «Тупой и ещё тупее тупого: Когда Гарри встретил Ллойда». В августе 2004 года она получила роли второго плана в фильмах «Ужас Амитивилля» (2005) и «Тёмный лес» (2006). «Ужас Амитивилля» получил прохладный приём у критиков, однако имел коммерческий успех. Первый успех пришёл к Рэйчел после съёмок в сериале «Линия огня» (2004). В 2005 году вышел сериал «Особый отдел», в котором она сыграла роль агента ФБР Ребекки Локк. Затем Рэйчел сыграла роль специалиста по компьютерам Рэйчел Гибсон в телесериале «Шпионка» (2005—2006), а в 2005 году — небольшую роль в романтической драме «Продавщица». Свою первую главную роль Рэйчел сыграла в фильме «Парковка» (2007). Она исполнила роль девушки, оказавшейся запертой на подземной парковке вместе с маньяком—охранником. Затем у Рэйчел была роль второго плана в фильме «Джинсы—талисман 2» (2008), после чего с ноября 2007 года она снималась в фильме «Звёздный путь» (2009). В 2008 году Рэйчел сыграла одну из главных ролей в боевике «Бросок кобры». В 2012—2015 годах снималась в роли Киры Кэмерон в сериале «Континуум»