Nació el 15 de abril de 1990 en París, Francia. Mide 1.65. A los cinco años se trasladó a Inglaterra. Después de actuar en teatro infantil, Emma, cuyo deporte favorito es el hockey, se inició en la industria del cine cuando fue elegida para interpretar el personaje de Hermione Granger en Harry Potter y la piedra filosofal (2001), película basada en la novela de J. K. Rowling.
Más tarde repitió su papel de Hermione en Harry Potter y la cámara secreta (2002), Harry Potter y el prisionero de Azkabán (2004), Harry Potter y el Cáliz de Fuego (2005), Harry Potter y la Orden del Fénix (2007), Harry Potter y el misterio del príncipe (2009) y Harry Potter y las reliquias de la muerte (2010).
En Las ventajas de ser un marginado (2012) compartió créditos con Logan Lerman. En el año 2014 se graduó en Filología Inglesa por la Universidad de Brown, ubicada en Rhode Island, Estados Unidos. Un año después estrenó, con dirección de Alejandro Amenábar, el thriller Regresión (2015). El mismo año compartió créditos con Daniel Brühl en Colonia (2015), filme ambientado en el Chile de los tiempos de Pinochet.
Emma interpretó el papel de Bella en La Bella y la Bestia (2017). El mismo año protagonizó junto a Tom Hanks El Círculo (2017), una película en torno a una poderosa empresa de internet, basada en una novela de Dave Eggers. En el 2019 estrenó Mujercitas (2019), película de Greta Gerwig, basada en un libro de Louisa May Alcott y en la que Emma interpretó el personaje de Meg March.
Fue novia del actor australiano Angus Willoughby. Más tarde mantuvo noviazgos Jay Barrymore, Rafael Cebrián, el músico George Craig, el actor Johnny Simmons, Will Adamowicz y Matthew Janney. También se ha rumorado que salía con el príncipe Harry, Roberto Aguirre y Mack Knight. Fue novia del actor Chord Overstreet en 2018. Más tarde se dijo que andaba con Brendan Wallace, y después con Tom Felton.
Es embajadora de ONU Mujeres, entidad de la ONU para la igualdad de género.
