Después de estar expuesta a las artes desde muy pequeña, Keira Knightley le solicitó a sus padres un agente cuando apenas tenía 3 años de edad. Su deseo no se cumpliría hasta tres años después, cuando Keira comenzó a trabajar en comerciales y algunos papeles de televisión. Su primer filme fue Royal Celebration (1993), el cual se transmitió por televisión. En 1995, le siguió el drama A Village Affair y varias apariciones en cintas como Innocent Lies (1995), The Treasure Seekers (1996), Coming Home (1999) y Oliver Twist (1999). 

No obstante, sería en 1999 cuando Knightley obtendría el papel de Sabé, la sustituta de Padmé Amidala en Star Wars: Episodio 1- La Amenaza Fantasma. Esto fue posible gracias a la similitud que tenía en ese entonces con Natalie Portman, quien interpretó a la Reina Amidala en la franquicia. Eventualmente, Keira obtendría su primer protagónico en Princess of Thieves (2001) de Walt Disney Productions. 

Ella comenzaría a subir la escalera del éxito con Bend It Like Beckham (2002), una comedia que fue un éxito en Gran Bretaña y Estados Unidos y que eventualmente le permitió obtener el papel de Elizabeth Swann en Piratas del Caribe: La maldición del Perla Negra (2003). Después de esto, Keira formó parte del elenco de Realmente Amor (2003) y del filme Rey Arturo (2004), donde interpretó a la guerrera Guinevere. 

Uno de sus filmes más conocidos vendría en 2005, cuando estelarizó una de las adaptaciones de Orgullo y Prejuicio y en donde compartió créditos con Jena Malone y Rosamund Pike. Enseguida, ella regresó al set de Piratas del Caribe para grabar El cofre de la muerte (2006) y En el fin del mundo (2007), afirmando que esta sería su última película dentro de la franquicia. Knightley volvió a las películas de drama con Silk (2007) de Francois Girard y Atonement (2007) de Joe Wright, ambas adaptaciones de novelas clásicas muy queridas por el público. 

En 2010, la actriz estrenó Last Night y Nunca me abandones, esta última siendo una adaptación de la novela del autor Kazuo Ishiguro y en la que actuó al lado de Carey Mulligan y Andrew Garfield. El siguiente año, Keira estrenó A Dangerous Method y en 2012, ella protagonizó Seeking a Friend for the End of the World con Steve Carell. 

Keira se reunió con el director Joe Wright en Anna Karenina (2012) y en 2013 promovió el filme musical Begin Again en el Festival de Toronto. Jack Ryan: Shadow Recruit (2014), Laggies (2014), The Imitation Game (2014) y Collateral Beauty (2016) son algunas de las películas más recientes de la actriz. En 2017, Knightley retomó su papel de Elizabeth Swann en La Venganza de Salazar, cameo que deja la puerta abierta a futuras apariciones dentro de la franquicia. 

Además de su trabajo en cine y televisión, Keira ha contribuido al soundtrack de algunas películas en las que ha participado como The Edge of Love (2008) y Begin Again. En octubre de 2015, ella hizo su debut en Broadway en la obra Thérèse Raquin. Algunos de sus reconocimientos incluyen nominaciones al Oscar, a los Globos de Oro, a los SAG, a los BAFTA y a los Empire Awards.