Эмили Маргарет Уотсон родилась 14 января 1967 года в Лондоне. Её отец был архитектором, мать - профессором английского языка. Эмили окончила отделение английской литературы Бристольского университета и попыталась поступить в Лондонскую студию драматического искусства, однако первая попытка оказалась неудачной. Три года она работала официанткой и клерком, после чего её всё-таки приняли в студию. В 1992 году её приняли в труппу Королевского Шекспировского театра, где она играла небольшие роли, среди которых наиболее заметной была роль Виоленты в пьесе Шекспира «Всё хорошо, что хорошо кончается». Первый успех к ней пришёл уже после ухода из труппы, в 1994 году, когда она сыграла школьницу Мэри в пьесе Лилиан Хеллман «Детский час».
В 1996 году Эмили дебютировала в кино, где она сыграла роль Бесс в культовой картине Ларса фон Триера «Рассекая волны». За эту роль она получила приз «Феликс» как лучшая актриса 1996 года, награды New York Film Critics Circle Award и London Film Critics Circle Award, а также была номинирована на «Оскар» и «Золотой глобус». Затем она снялась в фильмах «Боксёр» (1996), «Хилари и Джеки» (1998), «Колыбель будет качаться» (1999). За роль виолончелистки Жаклин Дюпре в драме режиссёра Ананда Такера «Хилари и Джеки» она в очередной раз была номинирована на «Оскар» и «Золотой глобус».
В 2005 году актриса приняла участие в озвучивании анимационного фильма Тима Бёртона «Труп невесты», номинированного на «Оскар». В том же году на экраны вышел триллер «У каждого своя ложь» с Томом Уилкинсоном и Рупертом Эвереттом, а за роль в картине «Жизнь и смерть Питера Селлерса» Уотсон получила номинацию на премию «Золотой глобус».
В 2006 году Эмили Уотсон снялась в фильме «Мисс Поттер» Криса Нунана с Рене Зеллвегер и Юэном Макгрегором. Среди других работ Эмили Уотсон можно выделить семейную драма «Вау-Вау» с Гэбриэлом Бирном и Мирандой Ричардсон, «Предложение» с Гаем Пирсом, Лиамом Нисоном и Джоном Хёртом, и «Мой домашний динозавр».
В 2008 году Уотсон появилась на большом экране в режиссёрском дебюте прославленного сценариста Чарли Кауфмана «Нью-Йорк, Нью-Йорк». Это лента о театральном режиссёре Кейдане Котарде (Филипп Сеймур Хоффман), жизнь которого подчинена творчеству, умственным изысканиям, женщинам и алкоголю.
Эмили Уотсон является ветераном лондонской театральной сцены. Среди её работ - «Три сестры», «Дядя Ваня», «Двенадцатая ночь» (две последние поставлены режиссёром Сэмом Мендесом), «Весёлые бедняки», «Детский час», «Всё хорошо, что хорошо кончается», «Укрощение строптивой» и другие.