Emma Watson, her ikisi de İngiliz avukatlar olan Jacqueline Luesby ve Chris Watson'ın kızları olarak Fransa'nın başkenti Paris'te doğdu. Watson'ın büyükannelerinden biri Fransız'dır. 5 yaşına kadar Paris'te yaşadı. Anne-babasının boşanmalarının ardından, annesi ve erkek kardeşi Alex ile birlikte Oxfordshire'a taşındı. Hem annesi, hem de babasının tekrar evlenmesi nedeniyle geniş bir ailede büyüdü. Babasının evliliğinden Toby, Nina ve Lucy adlı üvey kardeşleri bulunmaktadır. Annesinin de bir sonraki evliliğinden 2 çocuğu olmuştur. Kardeşlerinden bazılarının küçük çaplı oyunculuk deneyimleri olmuştur.

Watson 6 yaşına gelince oyunculuğa merak duymaya başladı. Stagecoach Sahne Sanatları'nın Oxford şubesinde eğitim gördü; yarım günlük tiyatro okulu olan Stagecoach'ta şan, dans ve oyunculuk dersleri aldı. On yaşına geldiğinde, içlerinde Arthur: The Young Years ve The Happy Prince'in de aralarında bulunduğu çeşitli Stagecoach yapımlarında ve okul oyunlarında oynadı, fakat Harry Potter serisinden önce hiç profesyonel bir yapımda çalışmadı. 2003 yılına kadar The Dragon School 'da okuduktan sonra Headington School 'a geçmiştir. Film çekimleri sırasında yoğun bir şekilde özel ders almayı sürdürmüş, ancak liseyi başarıyla bitirmiş, üniversiteye kaydolmadan önce 1 yıl ara vermiş, Ölüm Yadigarları filminin çekimlerinde yer almıştır.

Profesyonel oyunculuk yaşamı, 1999 yılında J. K. Rowling'in aynı adı taşıyan kitabından uyarlanan Harry Potter ve Felsefe Taşı filmiyle başlamıştır. Oyuncu ajansları, Watson'ı Oxford tiyatro hocası sayesinde buldular ve kendine olan güveninden dolayı ondan oldukça etkilendiler. Sekiz ses sınavının ardından, Daniel Radcliffe ve Rupert Grint'le birlikte başrole seçildiği ve Harry Potter'ın en yakın arkadaşlarından Hermione'u canlandıracağı açıklandı. İlk deneme çekiminden itibaren J.K. Rowling'in desteğini almıştır. 2001 yılında Harry Potter ve Felsefe Taşı filminin vizyona girdi ve film 2001'in en çok gişe geliri elde eden filmi olurken, Watson da performansıyla içinde Genç Aktris Ödülü de olan 5 ödül adaylığı kazanmıştır. Bir yıl sonra serinin ikinci filmi Harry Potter ve Sırlar Odası ile tekrar kamera karşına geçti. Watson performansıyla Alman Die Welt dergisinin düzenlediği Otto ödüllerinde En İyi Kadın Aktris (gümüş) ödülü almıştır.

2004 yılına gelindiğinde Harry Potter ve Azkaban Tutsağı gösterime girmiştir. Burada biraz daha sivri ve iddialı bir Hermione profili çizen Watson performansıyla beğeni topladı ve iki Otto ödülü ile Total Film dergisinin düzenlemiş olduğu törende Yılın Çocuk Performansı ödülünü almıştır. 2005 yılında Harry Potter ve Ateş Kadehi filminin gösterime girmesi Watson ve Potter filmleri için yeni bir kilometre taşı olmuştur. Tüm baş karakterlerin artık daha olgun bir görüntü çizmesiyle dikkat çeken film sayesinde Otto Ödülleri (bronz) de dahil 3 ödül kazanmıştır. Bir yıl sonra Teen Vogue dergisinin kapağına çıkan en genç kişi olmuştur. 2006 yılında kendini The Queen's Handbag'de bulmuş ve Kraliçe Elizabeth'in 80. yaş günü için özel Harry Potter mini bölümünde oynamıştır.

Serisin beşinci filmi Harry Potter ve Zümrüdüanka Yoldaşlığı, 2007'de gösterime girdi. Film dünya çapında rekor kırarak ilk haftasında 332,7 milyon dolar gelir elde etmiştir. Watson İngiltere'de düzenlenen Ulusal Film Ödülleri'nde (National Movie Awards) En İyi Kadın Oyuncu ödülünü almıştır. Bu dönemde Harry Potter'ın diğer yıldızları Daniel Radcliffe ve Rupert Grint ile birlikte Hollywood'da Grauman'ın Çin Tiyatrosu önüne el ve ayak izlerini bıraktı. Yine bu dönemde Harry Potter dışında yapımlarda da oynamaya başladı: 2007'de Noel Streatfeild'in Bale Papuçları (Ballet Shoes) romanının televizyon uyarlamasında Pauline Fossil rolünde oynadı, 2008'de de Kate DiCamillo romanından uyarlanan animasyon filmi Despero'da (The Tale of Despereaux) Prenses Pea karakterini seslendirdi.

Zümrüdüanka Yoldaşlığı'nda elde edilen başarıya karşın, Harry Potter serisinin geleceği bir süre için tehlike altında kaldı, nitekim Daniel Radcliffe ve Emma Watson, rollerini devam ettirip ettirmeme konusunda kararsız kaldılar ancak iki oyuncu da 2007'nin Mart ayında son 2 kitabın uyarlaması için imza attı. Watson, 2009'da Harry Potter ve Melez Prens, 2010'da Harry Potter ve Ölüm Yadigârları'nın 1. bölümünde ve 2011'de 2. bölümünde rol alarak 8 filmlik epik seriyi bitirmiş oldu. 2001'den 2011'e kadar Daniel Radcliffe ve Rupert Grint'le beraber sekiz Harry Potter filminde rol alan Watson bu rol sayesinde kendini kanıtlamış, çok büyük bir şöhret ve önemli bir miktarda paranın sahibi olmuştur.

2008 Haziranı'nda Chanel moda şirketi ile 3 milyon dolarlık reklam anlaşması imzalamıştır. Chanel şirketinin sahip olduğu Coco Mademoiselle parfümlerinin Keira Knightley'nın yerini alarak yeni yüzü olmuştur. Ayrıca ilk mankenlik deneyimini 2009'da Burberry'nin Sonbahar/Kış sezonu çekimlerinde yaşadı. Harry Potter serisinin ardından yüksek profilli filmlerde oynamayı sürdürdü. 2012'de Saksı Olmanın Faydaları (The Perks of Being a Wallflower) romanının uyarlamasında kendisi gibi genç yıldızlar Logan Lerman ve Ezra Miller ile başrolü paylaştı ve Sam karakterini canlandırdı. Bu arada devam etmekte olduğu ABD'deki Brown Üniversitesi'nde İngiliz Dili ve Edebiyatı bölümünden 2014'te mezun oldu. Yine 2014'te Darren Aronofsky'nin Nuh: Büyük Tufan adlı epik yapımında, 1 yıl sonra İspanyol yönetmen Alejandro Amenábar'ın gerilim filmi Korku Terapisi'nde yine başrolde oynadı. Ayrıca yine 2015'te tarihi-drama Colonia'da Daniel Brühl ile başrolde oynadı.

2017'de iki önemli filmde daha yer aldı. Ünlü çocuk romanından uyarlanan yeni Güzel ve Çirkin'de Belle'i, yine bir roman uyarlaması olan The Circle'da ise Mae karakterlerini canlandırdı. 

Genç yaşında Harry Potter serisinden 10 milyon sterlinden fazla para kazanmış olmasına rağmen eğitim hayatına devam etmesi takdir toplamıştır. Nitekim Mart 2009'da, Forbes dergisinin "En Değerli Genç Yıldızlar" listesinde 6. sırada yer almış, 2009'da kazandığı yaklaşık 19 milyon sterlin ile Şubat 2010'da Hollywood'un en yüksek maaşlı kadın yıldızlarından biri olmuştur.

Hayran olduğu oyuncular arasında Johnny Depp ve Julia Roberts bulunmaktadır.