Die 1971 geborene Emily Kathleen A. Mortimer wuchs als Tochter von Sir John Mortimer und seiner zweiten Frau Penelope auf. Nachdem sie die "St. Paul's Girls' School" im Westen Londons absolviert hatte, besuchte sie die "Oxford University". Bereits zu dieser Zeit stand sie in diversen Theateraufführungen auf der Bühne. Bevor ihre Schauspielkarriere jedoch so richtig starten konnte, arbeitete Emily Mortimer an einer eigenen Kolumne für den "Daily Telegraph".
1995 konnte sich die Schauspielerin ihr Schauspieldebüt in "Sharpe's Sword" in den Steckbrief schreiben. Es folgten zahlreiche Haupt- und Nebenrollen in Filmen wie "Last Of The High Kings", "The Saint - Der Mann ohne Namen" und "Notting Hill". Den Durchbruch feierte die Schauspielerin in den 2000er Jahren in Filmen wie "Lieber Frankie", "Lars und die Frauen" und "Shutter Island" an der Seite von Leonardo DiCaprio - ersterer brachte ihr zwei Nominierungen für den "London Critics' Circle Film Award" und den "Europäischen Filmpreis" ein.
Abseits der Schauspielerei ist Emily Mortimer seit 2003 mit ihrem Schauspielkollegen Alessandro Nivola verheiratet, mit dem sie einen Sohn und eine Tochter hat. Die Schauspielerin besitzt sowohl die britische als auch die amerikanische Staatsbürgerschaft.