Eva Gaëlle Green nace el 6 de julio de 1980 en París, Francia. Su madre es la actriz cómica Marlene Jobert.

Eva dejó la escuela francesa a los 17 años. Y cambió al sistema de educación de habla inglésa en Ramsgate, Kent. Asiste a la American School en Francia durante un año. Estudió actuación en la Escuela de Arte Dramático Saint Paul en París durante tres años, luego realizó un curso de perfeccionamiento de 10 semanas en la Academia de Arte dramático Weber Douglas en Londres. Viaja a Estados Unidos, donde también estudia Dirección en la Tisch School of Arts, en la Universidad de Nueva York. Al acabar estos estudios, regresa a París como una joven actriz consumada, y comienza a actuar en el escenario en diversas producciones teatrales. Su gran talento de hace notar sobre las tablas desde muy joven y en el año 2003 recibe su primera oportunidad de la mano del famoso cineasta Bernardo Bertolucci, quien la elige para interpretar uno de los papeles protagonistas en el filme Soñadores.

Tras participar en el filme francés Arsene Lupin en 2004, la actriz obtiene su primera oportunidad en Hollywood un año más tarde con la película Cruzada, en la que trabaja bajo las órdenes de Ridley Scott. En 2006 su carrera da un salto decisivo cuando es elegida para interpretar a la chica Bond en la nueva película de la saga del famoso agente secreto 007: Casino Royale, que protagoniza junto a Daniel Craig.

A partir de entonces se hace más popular para el gran público y, tras protagonizar títulos como La brújula dorada (2007) o Cracks (2009), es elegida para dar vida a Morgana en la serie de televisión de Starz, Camelot, basada en la vida del Rey Arturo.

Green ha protagonizado las películas Sombras tenebrosas (2012), 300: El nacimiento de un imperio, Sin City 2 y Miss Peregrine y los niños peculiares. También protagonizó el drama de terror de Showtime, Penny Dreadful.