Детство: 

Рэйчел родилась в Лос-Анджелесе, штат Калифорния. Её мать Дженис Билсон работала врачом, а отец Дэнни Билсон продюсером фильмов, сериалов, видео игр и т.д. Вся семья Билсон так или иначе крутилась в шоу-бизнесе. Её прадед Джордж Билсон, был главой отдела трейлера в «RKO Pictures», прабабушка Хэтти Билсон (уроженка Бруклина) была сценаристом, а дедушка Брюс Билсон режиссёром. Родители Рэйчел развелись, когда она была ещё маленькой, а в 1997 году её отец повторно женился на актрисе Хезер Медуэй. 19 декабря 2001 года у них появилась дочь – Хэтти Билсон. 

Рэйчел с детства была бунтаркой. Особенно проявился её непослушный характер в подростковом возрасте. Когда девочке было 13 лет, она и группа друзей её брата попали в автомобильную аварию (прямое столкновение с другим автомобилем.). В результате Рэйчел пролежала в больнице без сознания несколько дней, так же у неё был шрам над правым глазом и иногда она страдала от временной потери памяти и мигреней. Как говорит актриса, этот опыт изменил её, поспособствовал тому, что она перестала попадать в неприятности и не дал ей «скатиться по наклонной». 

Рэйчел закончила среднюю школу Уолтера Рида (Walter Reed Middle School) в 1996 и старшую школу Notre Dame High School в 1999 году. Пока она училась в Notre Dame, то постоянно ходила на разные прослушивания. В результате которых появилась в нескольких театральных постановках, таких как «Прощай Бирби», «Однажды в Мэтрассе» и «Суровое испытание». После года работы на сцене, Рэйчел заметили и пригласили в фантастический сериал «Это так», где ей досталась одна из главных ролей. Однако сериал так никогда и не выпустили, из-за того, что канал CBS не смогли найти источника финансирования. 

Карьера: 
После инцидента с сериалом «Это так» Рэйчел поступила в колледж Grossmont в Сан-Диего, но после одного года обучения, она бросила и по совету отца стала заниматься своей актерской карьерой, появляясь в различных рекламах, например для Raisin Bran, рекламируя сухой завтрак в виде хлопьев из пшеничных отрубей с изюмом и в рекламах для Pepto-Bismol. 

В 2003 году Рэйчел появилась в эпизодах сериалов «Баффи – истребительница вампиров» и «8 Правил для друга моей дочери подростка», так же в коротком фильме «Несломленный». После этого она была приглашена в новый сериал, на канале FOX – «Однажды в Калифорнии» (»Одинокие сердца»), где ей досталась роль Саммер Робертс. Изначально её роль не была постоянной и героиня Рэйчел должна была появиться всего в нескольких эпизодах, но затем она подписала контракт и, начиная с эпизода 1.14 «Обратный отсчет», имя актрисы появилось в титрах. 

В результате успеха сериала «Однажды в Калифорнии», Рэйчел стала известной среди подростковой аудитории. В 2005 году на премии Teen Choice Awards, Билсон забрала три награды, как: «Самая сексуальная», «Лучшая драматическая актриса на ТВ» и «Лучшая ТВ пара» (завоеванная вместе с Адамом Броди). В этом же году, Рэйчел попала на шестую строчку в списке «Самых горячих» по мнению журнала Максим; в 2006 году на 14 строчку, а в 2007 только на 39. В 2005 году журнал FHM поставил Рэйчел на 77 строчку в списке «100 Самых сексуальных Женщинах в Мире», а Британская версия журнала FHM в 2006 году, поставила Рэйчел на 28 строчку. В январе 2008 года самый известный радио-диджей в мире назвал актрису»самым горячим цыпленком в Голливуде.» 

Первая роль на большом экране была в 2006 году, в романтической комедии «Прощальный поцелуй», где Рэйчел съиграла вместе с актером Заком Браффом, известным по своей роли ДжейДи в комедийном сериале «Клиника» и актрисой Джэсиндой Баррет. 
Однажды Рэйчел сказала, что ей больше нравится играть в кино, нежели чем на телевидении, и она хотела бы такие роли, как например у Натали Портман или Скарлетт Йоханссон. «Я благодарна O.C. за успех», – говорит актриса, «Но я чувствую, что готова идти дальше, к большим ролям в фильмах». В конце 2006 года Рэйчел подписала контракт на роль в фильме Телепорт. После завершения показа «Одиноких сердец» в 2007 году Билсон снялась в двух эпизодах комедийного сериала «Чак», создателем которого является продюсер «Одиноких сердец», Джош Шварц. В 2009 году она вместе со своим женихом Хейденом Кристенсеном  снялась первой части киноальманаха «Нью-Йорк, я люблю тебя». В 2011 году вышли два независимых фильма, в которых снялась Билсон: мелодрама «В ожидании вечности» и комедия «Лучшие друзья и ребенок», где её партнёами были Кристен Риттер и Кейт Босуорт.Билсон получила главную роль в телесериале «Зои Харт из южного штата», создателем которого является Джош Шварц. В этом сериале, показ которого на канале The CW начался в сентябре 2011 года, Билсон играет молодую женщину, которая потеряв работу кардиохирурга, переезжает из Нью-Йорка в маленький городок в Алабаме.

Личная жизнь: 

Сериала «Однажды в Калифорнии» не только сделал Рэйчел звездой, но и подарил любовь: она встречалась с Адамом Броуди, который играл ее сериального бойфренда. Пара была вместе с 2003 года, и после после трех лет продолжительных отношений – расстались. В 2007 году Рэйчел стала встречаться с актёром Хейденом Кристенсеном.