Etudiante à la British Shakespeare School of Acting, Emily Watson effectue ses premiers pas de comédienne sur les planches de théâtres londoniens. C'est durant une représentation de la pièce The Children's hour que le cinéaste danois Lars von Trier la repère et lui offre le rôle principal de Breaking the waves en 1996.

Son personnage de femme sacrifiée sur l'autel de l'amour impossible, d'abord proposé à Helena Bonham Carter, marque l'édition 1996 du Festival de Cannes, qui offre le Grand Prix du jury au film. Des nominations aux Oscars, aux Golden Globes et aux BAFTA (British Academy Film and Television Awards) récompensent le jeu de l'actrice qui, à seulement 29 ans, connaît une succès fulgurant. Emily Watson enchaîne alors la comédie dramatique Metroland signée Philip Saville (1997), avant de reprendre la même année un rôle d'épouse déchirée en Irlande du Nord, dans The Boxer de Jim Sheridan.

Une nouvelle moisson de nominations attend l'actrice en 1998, pour sa prestation dans Hilary and Jackie d'Anand Tucker. Encore une fois dramatique, la composition d'Emily Watson, qui incarne le personnage véridique de la musicienne Jacqueline du Pré, lui offre une deuxième nomination aux Oscars, aux Golden Globes et aux BAFTA. La comédienne reste encore dans le registre du drame en tournant un an plus tard sous la direction d'Alan Parker (Les Cendres d'Angela).

Habituée des films d'époque, Emily Watson apparaît successivement dans La Défense Loujine de Marleen Gorris et Gosford Park de Robert Altman. Très éclectique, la comédienne enchaîne ensuite, en 2002, une comédie décalée (Punch-drunk love - Ivre d'amour), un film de serial-killer (Dragon Rouge) et un film de science-fiction (Equilibrium). Elle continue sur sa lancée en 2004, avec Moi, Peter Sellers de Stephen Hopkins, ce qui lui vaut une nouvelle nomination aux Golden Globes pour son rôle d'Anne Sellers. Dans un tout autre genre, on peut l'entendre dans Les Noces funèbres (2005) de Tim Burton, un film d'animation pour lequel elle prête ses traits et sa voix à la jolie Victoria. La même année, elle rejoint le casting de l'envoûtant et violent western The Proposition de John Hillcoat.

Depuis 2006, Emily Watson participe de plus en plus régulièrement à des productions grand public. Elle retrouve les costumes d'époque pour Miss Potter avec Renée Zellweger, découvre un gentil monstre dans Le Dragon des mers - la dernière légende... Elle ne délaisse cependant pas complètement les films indépendants, puisqu'elle interprète une victime du goulag dans Within the Whirlwind ainsi qu'un petit rôle dans l'étonnant Ames en stock. En 2012, elle campe l'un des personnages principaux du Cheval de guerre de Steven Spielberg, en jouant la mère du héros (Jeremy Irvine).