Dès l'enfance, Emeline Bayart possède la fibre artistique. Elle intègre le Conservatoire à rayonnement régional de Lille où elle suit des cours de chant et de piano. Par la suite, Emeline entre au Conservatoire national supérieur d'art dramatique tout en suivant la classe libre du cours Florent.

La comédienne débute une carrière théâtrale fructueuse dès 2003, se faisant également repérer par le petit monde du cinéma français. Elle fait notamment ses débuts sur grand écran dans Trois zéros de Fabien Onteniente, enchaînant avec Ma vie en l'air de Rémi Bezançon et Bancs publics de Bruno Podalydès.

La jeune femme continue d'alterner avec brio les pièces de théâtre et les rôles au cinéma. Spécialisée dans la comédie, Emeline apparaît dans Le Bal des actrices de Maïwenn, Populaire avec Romain Duris, Adieu Berthe, toujours chez Bruno Podalydès ou Microbe & Gasoil de Michel Gondry. L'actrice cartonne aussi avec son spectacle, D'Elle à Lui, qu'elle joue sur les planches depuis 2012.

En 2018, Emeline est choisie par son réalisateur fétiche, Bruno Podalydès, pour se glisser dans le costume de Bécassine dans l'adaptation de la BD culte. Elle y donne la réplique à Josiane Balasko, Denis Podalydès et Karin Viard.