Ha lasciato l'Oklahoma, dove è nata, per trasferirsi in Francia con una borsa di studio (Fulbright). Lì ha sviluppato l'interesse nei confronti del montaggio cinematografico dopo aver visto il famoso docudrama The Battle of Algiers. Di ritorno negli Stati Uniti, si è stabilita in California e ha iniziato a montare spot televisivi. Ha esordito quindi nel cinema come assistente al montaggio nel primo film di Alan Rudolph, Premonition.
Da allora ha curato il montaggio di numerosi film, fra cui: Body Heat, E.T., The Big Chill, Places in the Heart, Brighton Beach Memoirs, Swimming to Cambodia, The Accidental Tourist, White Palace, Grand Canyon, Benny and Joon, Twilight, Beloved, The Anniversary Party, The Truth About Charlie, The Manchurian Candidate, e il recente Margot at the Wedding.
Per il suo lavoro in E.T., Littleton ha ricevuto una nomination all' Oscar, al BAFTA e all' American Cinema Editors Award. Ha vinto un Emmy per il suo lavoro nel telefilm "Tuesdays with Morrie