Hyland nació en Manhattan, Nueva York, hija de los actores Melissa Canaday y Edward James Hyland. Ella es la hermana del actor Ian Hyland. Asistió a la Escuela Profesional de Artes Escénicas en Manhattan.
Hyland ha estado actuando desde su primer papel como la hija de Howard Stern en la película Private Parts en 1997. Pasó a retratar papeles como Molly en el remake de 1999 de Annie, y Maddie Healy en Lipstick Jungle en NBC. Hyland aparece en un comercial de Olive Garden junto con la actriz Molly Culver, y también ha aparecido en Broadway como la joven Jacqueline Bouvier en Grey Gardens.
Desde 2009, Hyland ha interpretado a Haley Dunphy en la sitcom de ABC Modern Family, de la que ella y el resto del elenco del programa han ganado los Screen Actors Guild Award for Outstanding Performance by an Ensemble in a Comedy Series cada año entre 2011 y 2014. En 2011, Hyland co-protagonizó la película original de Disney Channel Geek Charming.
En 2012, Hyland apareció en el film Struck by Lightning. En septiembre de 2012, se anunció que ella sería parte de una campaña de anuncios de Nintendo 3DS. Dianna Agron y Gabby Douglas son parte de la campaña también.
En 2017, ha comenzado a trabajar en la serie estadounidense Shadowhunters, en la que interpreta el papel de la Reina Seelie, y donde comparte reparto con su expareja Dominic Sherwood.
De pequeña Hyland fue diagnosticada con displasia renal y recibió un trasplante de riñón en abril de 2012.
Hyland salió con su coestrella Geek Charming Matt Prokop durante varios años hasta agosto de 2014. En agosto de 2014, Hyland obtuvo una orden de restricción temporal contra violencia doméstica a Prokop por abusar física y verbalmente de ella durante los últimos cuatro años de su relación. En octubre de 2014, la orden de restricción pasó a ser permanente.
A partir de febrero de 2015, Hyland ha estado saliendo con su coestrella de Vampire Academy Dominic Sherwood. Ambos terminaron su relación a finales de julio del 2017.
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