Young comenzó su carrera cinematográfica en Jane Austen en Manhattan (1980), seguida de un papel en la película Stripes (1981). A continuación, interpretó a la protagonista femenina, Rachael, junto a Harrison Ford en la película clásica de ciencia ficción Blade Runner (1982). En televisión, Young interpretó el papel principal femenino junto a Lenny Von Dohlen en Under the Biltmore Clock (1986), basada en el relato de F. Scott Fitzgerald Myra Meets His Family. Al año siguiente, tuvo un pequeño papel en la película Wall Street (1987) como esposa del personaje de Michael Douglas, Gordon Gekko. Su papel iba a ser originalmente más amplio, pero se redujo considerablemente debido a los enfrentamientos con Oliver Stone.
Uno de los papeles más destacados de Young fue el de amante de un despiadado político de Washington (Gene Hackman) en Sin salida (también de 1987), junto a Kevin Costner. Sus otros créditos incluyen Dune (1984), Baby: El secreto de la leyenda perdida (1985) e Instinto fatal (1993).
Young apareció en The Boost (1988), con James Woods. Woods la demandó más tarde por acosarle a él y a su entonces prometida, alegando que, además de otros comportamientos perturbadores, Young dejó una muñeca desfigurada en su puerta. Ella negó las acusaciones y afirmó que Woods presentó la demanda por despecho. Young declaró: «Fue un flechazo al ser rechazado, eso es todo …. ¡Así que demándame! Y lo hizo». La demanda se resolvió extrajudicialmente en 1989. Young recibió 227.000 dólares para cubrir sus gastos legales.
Luego fue elegida para interpretar a Vicki Vale en la película de Tim Burton Batman (1989), pero durante los ensayos se rompió el brazo tras caerse de un caballo y fue sustituida por Kim Basinger. En un intento infructuoso de conseguir el papel de Gatúbela (que en un principio se ofreció a Annette Bening, pero, después de que Bening se quedara embarazada, se eligió a Michelle Pfeiffer) en la secuela Batman Returns (1992), Young construyó un disfraz casero de Gatúbela e intentó ponerse en contacto con Burton y el actor Michael Keaton durante la producción. Apareció en el programa The Joan Rivers Show caracterizada como Gatúbela, haciendo campaña por el papel y haciendo una petición a Tim Burton.
Young fue elegida para el papel de Tess Trueheart en la película Dick Tracy (1990). Sin embargo, fue despedida en favor de Glenne Headly por no parecer maternal en el papel. Más tarde, Young afirmó que su despido fue un castigo por haber rechazado las insinuaciones de Warren Beatty, algo que éste niega. En 1991, recibió los premios Razzies a la peor actriz y a la peor actriz de reparto por sus papeles en Un beso antes de morir. Tuvo un papel secundario en la comedia Ace Ventura: Pet Detective (1994). También interpretó a Helen Hyde en la comedia Dr. Jekyll y Ms. Hyde (1995).
Durante la mayor parte de la década de 1990, residió en Sedona, Arizona, y su carrera se enfrió. Young retomó su papel de Rachael en el videojuego Blade Runner, lanzado en 1997. Su rostro fue escaneado y reproducido en tres dimensiones, una de las primeras veces que se utilizó esta tecnología en un juego.
Young ha aparecido en películas independientes, incluyendo papeles en Poor White Trash (2000), Mockingbird Don’t Sing (2001) y Sugar & Spice (también 2001). Pasó cuatro meses en Rusia rodando la miniserie Yesenin (2005), en la que interpretó a la bailarina Isadora Duncan. Young tuvo papeles en dos películas, The Man Who Came Back y Haunted Echoes (ambas de 2008).
En 2008, Young compitió en el programa de televisión Gone Country 2, que incluía una competición en un derby de demolición de celebridades en el recinto ferial del condado de Henry en París, Tennessee. Young ganó la eliminatoria del derby de celebridades y luego pasó a competir contra 21 pilotos profesionales de derby de demolición. Young terminó en cuarto lugar.
Young apareció en The Young and the Restless en junio de 2010 como la camarera canadiense Meggie McClain, junto a su buen amigo Eric Braeden. Volvió a la serie el 14 de julio en un papel recurrente, que duró hasta febrero de 2011.
En 2010, participó en la primera temporada de la serie de la ABC Skating with the Stars como concursante famosa que patinó con el patinador profesional Denis Petukhov, pero fue la primera famosa en ser eliminada.
En octubre de 2011, Young apareció en el programa Late Show with David Letterman. Durante la entrevista, describió cómo ahora estaba buscando trabajo en el cine después de criar a sus dos hijos, y produjo un breve videoclip promocionando su búsqueda de trabajo que Letterman reprodujo. Posteriormente fue contratada para una película sobre Nikola Tesla, cuyo estreno estaba previsto para 2013, titulada Fragments From Olympus: The Vision of Nikola Tesla (inédita en septiembre de 2017).
En octubre de 2013, Young interpretó el papel de la Dra. Lucien en Star Trek: Renegades, un proyecto de los fans para crear un piloto de una nueva serie de Star Trek (estrenada en agosto de 2015) en el que aparecían varios antiguos actores de Star Trek, como Tim Russ (que también dirigió el piloto), así como Walter Koenig, Garrett Wang y J. G. Hertzler.
En junio de 2013, Young actuó en un evento benéfico de patinaje en el Ice Theater de Nueva York, compitiendo en una competición de patinaje de celebridades contra la personalidad de YouTube Michael Buckley, y el medallista de plata de esgrima olímpico de EE.UU. Tim Morehouse.
Young volvió a interpretar su papel de Rachael de 1982 para Blade Runner 2049 (2017), retratando tanto a la original (utilizando imágenes de archivo de la primera película) como una versión clonada completamente nueva del personaje. Esto se logró mediante el uso de envejecimiento facial CGI para que coincidiera con su apariencia de 1982, así como el uso de otra actriz como doble de cuerpo. Sean Young también fue acreditado en la nueva película como entrenador de la actriz que representa a su personaje.
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