À l'âge de 15 ans, Megan Fox a fait ses premiers pas d'actrice dans le téléfilm Vacances sous les Tropiques où elle incarne Brianna Wallace, la rivale d'Alex Stewart (Ashley Olsen) sorti le
20 novembre 2001. Les années suivantes, Megan est apparue dans les sitcoms, Ce que j'aime chez toi et Mon oncle Charlie.
En 2004, elle joue dans le téléfilm Le Journal intime d'une future star aux côtés de Lindsay Lohan où elle incarne Carla Santini. Cette même année, elle interprète le rôle de Sydney Shanowski dans la sitcom, La Star de la famille, où elle remplace l'actrice Nicole Paggi. Après être apparue dans la deuxième et troisième saison, la série a été annulée en 200615.
En 2007, elle obtient le rôle de Mikaela Banes dans le film d'action Transformers basé sur le dessin animé du même nom. Dans ce film, Megan joue aux côtés de l'acteur Shia LaBeouf. Grâce à son rôle, elle a été nommée lors des MTV Movie Awards dans la catégorie « Performances exceptionnelles » et elle a également été nommée dans trois catégories lors des Teen Choice Awards16. L'actrice signe ensuite pour deux films supplémentaires pour Transformers15. En juin de la même année, elle intègre le casting du film Un Anglais à New-York pour un rôle mineur, sorti le
3 octobre 200817 mais n'a pas été un grand succès au box-office18.
[1][2]Megan Fox à l'avant-première de Transformers 2 : La Revancheà Paris en juin 2009.
En 2009, elle reprend son rôle dans le deuxième film de Transformers, Transformers 2 : La Revanche. Il y a eu une certaine controverse autour de l'apparence de Megan Fox lors du tournage de ce deuxième film, lorsque Michael Bay, le réalisateur, lui a ordonné de prendre 10 kilos19. Initialement, celle-ci devait jouer dans le troisième film de la saga mais elle a été refusée par la production en raison de ses déclarations comparant le travail de Michael Bay à celui de Hitler. La même année, Megan obtient le rôle principal dans le film d'horreur, Jennifer's Body20 aux côtés d'Amanda Seyfried, sorti le
18 septembre 200921. Puis, en avril 2009, Megan joue dans le film Jonah Hex, sorti le 18 juin 2010.
En 2010, Megan est apparue dans le clip de Love the Way You Lie de Rihanna et Eminem