Fille de l’acteur Eric Roberts et nièce de Julia Roberts.

Enfant, Emma Roberts passe beaucoup de temps sur les plateaux avec sa tante avant de tenter avec succès une audition à neuf ans pour le film Blow de Ted Demme en 2001, lui permettant de jouer la fille de Johnny Depp. Elle enchaine ensuite avec des seconds rôles dans des petits films avant de se voir offrir le rôle qui va la lancer : elle sera pendant trois saisons Allie Singer dans la série du même nom. Son personnage de jeune chanteuse la propulse au rang d’idole adolescente (elle sort même un album de chansons autour de la série). Forte de sa popularité chez la jeunesse américaine, elle obtient ensuite des premiers rôles dans des films pour teenagers comme Aquamarine (qui lui vaut un Young Artist Award), Nancy Drew ou encore Palace pour chiens.

C’est en 2010 qu’elle perce véritablement au cinéma. On la retrouve ainsi à côté d’un casting de stars (Anne Hathaway, Bradley Cooper et sa tante Julia Roberts) dans la comédie romantique Valentine's Day et elle joue dans le drame Twelve qui met en scène une jeunesse dorée désœuvrée qui touche à toutes sortes de drogues, bien loin de son image un peu mièvre des débuts. Une image qu’elle continuera à briser en 2011 en incarnant la cousine de Neve Campbell dans le quatrième volet de la saga horrifique Scream.

Après cette incursion dans le genre horrifique, Emma se ressource en tombant sous le charme de Freddie Highmore dans la comédie romantique Le Jour où je l'ai rencontrée. La sensuelle comédienne rejoint ensuite le casting des Miller, une famille en herbe en 2013. Dans cette comédie, elle incarne Casey, une ado débrouillarde couverte de tatouages et de piercings aux côtés de Jennifer Aniston et Jason Sudeikis. L'année suivante, Emma tient le rôle principal de Palo Alto, premier long-métrage de Gia Coppola, fille de Francis Ford. Elle prête ses traits au personnage d'April, une adolescente en mal de sensations fortes, testant ses limites dans la drogue, l'alcool et le sexe.

La comédienne intègre par la suite le casting de la série d'épouvante American Horror Story à parir de la saison 3. Elle s'illustre également sur le petit écran aux côtés de Jamie Lee Curtis dans Scream Queens. En 2016, Emma brille dans la peau de Vee, une lycéenne qui se retrouve plongée au coeur d'un jeu en ligne mortel dans Nerve, un The Game 2.0.