Fille d’un ingénieur du son, cette londonienne élevée dans le Berkshire trouve sa vocation pour la comédie à l’âge de 3 ans, lorsqu’elle découvre pour la première fois la comédie musicale Show Boat, sur laquelle son père travaille. Inévitablement, elle débute à 13 ans sa formation d’actrice à l’école St Edward d’Oxford, avant de rejoindre le Drama Centre de Londres. Pendant son cursus, elle se produit dans de nombreuses pièces de théâtre.

Son diplôme en poche, Emilia Clarke fait ses premiers pas à la télévision en 2009 dans une publicité pour une association caritative, puis elle décroche son premier rôle dans le feuilleton quotidien Doctors, où elle y incarne Saskia Mayer le temps d’un épisode. La jeune actrice joue l’année suivante dans le téléfilm Triassic Attack de Syfy. Ces débuts remarqués lui valent d'être classée selon le magazine Screen International parmi les "Jeunes stars de demain au Royaume-Uni".

C’est en 2011 que la carrière de la jeune femme décolle véritablement. Elle est en effet choisie pour incarner la princesse Daenerys Targaryen dans la nouvelle série de la chaîne câblée HBO, Game of Thrones, basée sur les livres du Trône de Fer écrits par George R. R. Martin. Elle remplace Tamzin Merchant, qui était supposée avoir le rôle à la base. Game of Thrones connaît un succès considérable, tant au niveau des audiences que des critiques, et Emilia Clarke devient rapidement une véritable star pour les fans du show, puisque son personnage de jeune femme forte, déterminée et courageuse s’est rapidement imposé à l’écran. 

Sa prestation lui permet d’être nommée en 2013 aux Emmy Awards dans la catégorie de la Meilleure actrice dans un second rôle pour une série dramatique. Grâce à Game of Thrones et à son talent, Emilia Clarke multiplie les projets. Entre deux saisons, elle obtient un rôle dans Spike Island, puis dans le court-métrage Shackled, et elle prête sa voix pour un épisode de Futurama. Elle est également à l’affiche de Dom Hemingway aux côtés de Jude Law, dans la peau de sa fille.

Malgré une carrière au cinéma qui commence à prendre forme, elle continue fidèlement de prêter ses traits dans la série Game of Thrones au personnage qui l'a révélée au grand public, la seule et unique Daenerys Targaryen, Née du Typhon, Mère des Dragons, Khaleesi du Khalasar de Drogo. Lorsque la série se termine en 2019, elle se consacre pleinement au cinéma.

En 2015, Emilia Clarke prête ses traits à Sarah Connor dans le blockbuster Terminator: Genisys aux côtés d'Arnold Schwarzenegger. Le film récolte pas loin de 432 millions de dollars de recettes dans le monde pour un budget de 115, ce qui est un score plutôt correct. La comédienne s'illustre ensuite dans deux comédies romantiques : Avant toi et Last Christmas. Entre les deux, elle est choisie pour rejoindre la franchise Star Wars avec le spin-off Solo: A Star Wars Story qui se solde par un échec tant critique que commercial. Emilia goûtera prochainement au thriller d'action via Above Suspicion de Phillip Noyce (un spécialiste en la matière), où un agent de communication pour le FBI se retrouve impliqué dans une affaire illégale.