Il primo ruolo importante di Spencer è stato quello di Rebecca “Becca” Tyree nella soap opera All My Children della ABC dal 3 giugno 1999 al 10 aprile 2001. In seguito ha recitato in Lifetime serie televisiva originale Occhi di Angela, che è stato cancellato il 1 ° dicembre 2006. Negli anni seguenti, ha iniziato a giocare ruoli da ospite in diverse serie televisive, tra cui CSI: Crime Scene Investigation, How I Met Your Mother, Private Practice e Castle.,
Spencer ha interpretato il ruolo di un appassionato di blogging nelle pubblicità Twix e ha interpretato Miss Farrell, un interesse amoroso di Don Draper, su Mad Men di AMC nel 2009. Nei primi mesi del 2011, ha ottenuto il ruolo principale nel dramma ABC pilot Grace di Krista Vernoff. Spencer aveva precedentemente interpretato il personaggio del titolo in un altro pilot drammatico di Krista Vernoff, Introducendo Lennie Rose, nel 2005. Spencer è apparso in un ruolo ricorrente come Dr., Erin Jameson sulla serie TNT Hawthorne nel 2010, e dal 2011 ha avuto un ruolo ricorrente come Dana “Scottie” Scott, vecchio rivale del personaggio di Gabriel Macht, su Suits dramma legale USA Network.
Spencer al 73 Annuale Peabody Awards
Spencer è apparso in diversi film, tra cui Nel Mio Sonno (2010), Cowboys & Aliens (2011), Questo Significa Guerra (2012), e Chasing Mavericks (2012), e ha giocato il ruolo di protagonista in The Haunting in Connecticut 2: Ghosts of Georgia (2013)., È apparsa nel film di avventura fantasy Oz il grande e potente, diretto da Sam Raimi, nel 2013.
Dal 2013 al 2017, Spencer ha interpretato Amantha Holden nella serie drammatica originale di Sundance Channel Rectify. È stata nominata per Critics ‘ Choice Television Award per la migliore attrice non protagonista in una serie drammatica e Satellite Award per la migliore attrice-Serie televisiva Drammatica per la sua performance nella serie.,
Spencer ha interpretato il ruolo principale nel dramma indie A Beautiful Now, scritto da Daniela Amavia, su una ballerina appassionata che si trova a considerare un atto estremo quando raggiunge un bivio nella sua vita. È stata nominata per un premio del Festival Internazionale del Cinema di Madrid come miglior attrice per la sua performance nel cinema. Nel 2014, Spencer è apparso al fianco di Jason Bateman nel film commedia-drammatico This Is Where I Leave You, una commedia d’ensemble diretta da Shawn Levy, e ha recitato con John Travolta e Christopher Plummer nel film thriller The Forger.,
Nell’ottobre 2014, Spencer si è unito al cast della seconda stagione della serie poliziesca HBO, True Detective.
Nel 2016, Spencer è stato lanciato come protagonista Lucy Preston nella serie NBC Timeless, dove interpreta un professore di storia inviato in missioni di viaggio nel tempo in epoche diverse, nel tentativo di impedire ad altri di interrompere il flusso temporale degli Stati Uniti. Una recensione della serie in Variety chiamato Spencer ” prodigiosamente talento “e che ha giocato” un personaggio i cui principali tratti di personalità sono ‘intelligente’ e ‘coraggioso.,'”Una recensione di Deadline Hollywood ha detto che lo spettacolo è stato uno spreco di talenti di Spencer. Il New York Times ha scritto che “Abigail Spencer è buona come Lucy, lo storico coraggiosa che è il personaggio centrale dello show. Timeless è stato rinnovato dalla NBC il 12 maggio 2017. La rete aveva annullato la serie giorni prima, ma invertito la decisione. La serie si è conclusa dopo due stagioni.