Le premier grand rôle de Spencer était de jouer Rebecca « Becca » Tyree sur ABC soap opera All My Children de Juin 3, 1999, à Avril 10, 2001. Elle a ensuite joué dans la série originale de Lifetime Angela’s Eyes, qui a été annulée le 1er décembre 2006. Dans les années suivantes, elle a commencé à jouer des rôles invités dans plusieurs séries télévisées, y compris CSI: Crime Scene Investigation, How I Met Your Mother, Private Practice et Castle.,
Spencer a joué le rôle d’un passionné de blogs dans les publicités Twix, et a interprété Miss Farrell, un amour de Don Draper, sur Mad Men d’AMC en 2009. Au début de 2011, elle a décroché le rôle principal sur ABC drame pilote Grace par Krista Vernoff. Spencer avait déjà joué le personnage-titre dans un autre pilote dramatique Krista Vernoff, Introducing Lennie Rose, en 2005. Spencer est apparu dans un rôle récurrent comme Dr., Erin Jameson sur la série TNT Hawthorne en 2010, et depuis 2011 a eu un rôle récurrent comme Dana « Scottie » Scott, le vieux rival du personnage de Gabriel Macht, sur le drame juridique USA Network Suits.
Spencer à la 73e cérémonie annuelle des Peabody Awards
Spencer est apparu dans plusieurs films, dont In My Sleep (2010), Cowboys &Aliens (2011), This Means War (2012), et Chasing Mavericks (2012), et elle a joué le rôle principal dans The Haunting in Connecticut 2: Ghosts of Georgia (2013)., Elle est apparue dans le film d’aventure fantastique Oz le Grand et puissant, réalisé par Sam Raimi, en 2013.
De 2013 à 2017, Spencer a joué le rôle d’Amantha Holden dans la série dramatique originale de Sundance Channel Rectify. Elle a été nominée pour le Critics ‘ Choice Television Award de la Meilleure Actrice dans un Second Rôle dans une Série dramatique et Satellite Award de la Meilleure Actrice – Série Télévisée Dramatique pour sa performance dans la série.,
Spencer a joué le rôle principal dans le drame indépendant A Beautiful Now, écrit par Daniela Amavia, sur une danseuse passionnée qui se retrouve à envisager un acte extrême lorsqu’elle atteint un carrefour dans sa vie. Elle a été nominée pour un Prix du Festival international du Film de Madrid pour la meilleure actrice pour sa performance au cinéma. En 2014, Spencer est apparu face à Jason Bateman dans la comédie dramatique This Is Where I Leave You, une comédie d’ensemble réalisée par Shawn Levy, et a joué avec John Travolta et Christopher Plummer dans le thriller policier The Forger.,
En octobre 2014, Spencer a rejoint le casting de la deuxième saison de la série dramatique policière HBO, True Detective.
En 2016, Spencer a été choisi comme personnage principal Lucy Preston dans la série NBC Timeless, où elle joue un professeur d’histoire envoyé sur des missions de voyage dans le temps à différentes époques dans le but d’empêcher les autres de perturber le flux temporel lié aux États-Unis. Une critique de la série dans Variety a appelé Spencer » prodigieusement talentueux « et qu » elle a joué « un personnage dont les principaux traits de personnalité sont « intelligent » et » courageux., » »Une critique de Deadline Hollywood a déclaré que le spectacle était un gaspillage des talents de Spencer. Le New York Times a écrit que « Abigail Spencer est bonne comme Lucy, l » historien courageux qui est le personnage central de la série. »Timeless a été renouvelé par NBC le 12 mai 2017. Le réseau avait annulé la série quelques jours plus tôt, mais a annulé la décision. La série s’est terminée après deux saisons.