Emma jest córką Erica Robertsa, aktora charakterystycznego, i bratanicą Julii Roberts, zdobywczyni Oscara za rolę w "Erin Brokovich". Jako dziecko towarzyszyła ojcu i ciotce na planach filmowych. Już wtedy wiedziała, że chce iść w ich ślady. W wieku 9 lat wygrała swój pierwszy casting. W "Blow" (2001) zagrała córkę głównego bohatera, handlarza kokainą, w którego wcielił się Johnny Depp.
"Byłam taka młoda. Nie zdawałam sobie sprawy, że występuję obok jednego z najlepszych aktorów w historii" - wspominała później. Rozpoznawalność przyszła w 2004 roku, gdy Roberts otrzymała główną rolę w "Nieidealnej" (2004-2007), serialu komediowym dla młodzieży stacji Nickelodeon. Produkcja skupiała się na szkolnym i rodzinnym życiu nastoletniej Addie, która pisała piosenki dotyczące jej przemyśleń i trosk.
W kolejnych latach Emma stała się gwiazdą filmów dla młodzieży. W "Akwamarynie" (2006) zagrała dziewczynę, która zaprzyjaźnia się z syrenką. Z kolei w "Nancy Drew i tajemnicach Hollywood" (2007) wcieliła się w nastoletnią detektyw.
Z czasem zaczęła szukać bardziej wymagających ról. "Sezon na kleszcza" (2008) opowiadał o relacji dwójki nastolatków, granych przez Roberts i Kierana Culkina, których rodzice nawiązują romans. Film otrzymał nagrody FIPRESCI podczas Międzynarodowego Festiwalu w Toronto. W tragikomedii "Całkiem zabawna historia" (2010) wykreowała postać młodej pacjentki oddziału psychiatrycznego, która trafiła tam z powodu samookaleczeń.
Główna rola w "Krzyku 4" (2011), kolejnej odsłonie samoświadomych horrorów, także okazała się dla Roberts odejściem od dotychczasowego wizerunku. Młoda aktorka zagrała Jill, kuzynkę Sidney - głównej bohaterki poprzednich części cyklu. W czwartym "Krzyku" postaci ze wcześniejszych odsłon wracają do miasteczka Woodsboro, w którym znów dochodzi do makabrycznych zbrodni. Tam konfrontują się z grupą swoich nastoletnich następców, odzwierciedlających ich postawy. Roberts nie ukrywała, jak bardzo zależało jej na roli Jill. "Uwielbiam tę serię. Jestem ogromną fanką Wesa Cravena i wiedziałam, że skoro zdecydował się wyreżyserować ten film, to będzie on dobry" - mówiła w rozmowie z serwisem Collider. Ostatecznie "Krzyk 4" zebrał dobre recenzje, a krytycy chwalili Roberts za świetne oddanie podwójnej natury jej postaci.
W 2012 roku, na planie filmu "Tylko dla dorosłych", Emma poznała aktora Evana Petersa, z którym wkrótce się związała. Ich związek nie należał do najspokojniejszych. Uwagę prasy przykuł incydent, do którego doszło w 2013 roku podczas pobytu pary w hotelu w Quebecu. Z ich pokoju zaczęły dochodzić odgłosy świadczące o ożywionej kłótni, a później także rękoczynach. Na miejsce wezwano policję, która zastała Petersa i Roberts chwilę po szamotaninie. Ponieważ aktor miał widoczny uraz w postaci krwawiącego nosa, Emma została zatrzymana na kilka godzin. Zwolniono ją, gdy Peters nie zdecydował się wnieść oskarżeń. Para wydała później oświadczenie, w którym zapewniła, że pracuje nad rozwiązaniem swoich problemów, a sam incydent nazwała "niefortunnym nieporozumieniem". W marcu 2014 roku w mediach pojawiła się informacja o ich zaręczynach, jednak w 2019 roku serwisy plotkarskie powiadomiły o ich rozstaniu.
Po sukcesie "Krzyku 4" Roberts nie zakończyła swej przygody z kinem grozy. W 2013 roku dołączyła do obsady trzeciego sezonu serialu antologicznego "American Horror Story" o podtytule "Sabat" (2013). Zagrała popularną hollywoodzką aktorkę, która odkrywa, że jest czarownicą. W kolejnych latach Roberts wystąpiła jeszcze w czterech sezonach serialu, w trzech z nich w roli głównej. Otrzymała także angaż w kolejnym projekcie twórców "ASH". "Królowe krzyku" (2015-2016) stanowiły pastisz horrorów o psychopatycznych mordercach. Roberts wcieliła się w egoistyczną przewodniczącą studenckiego bractwa.
Jednym z najbardziej kasowych filmów w karierze Roberts okazała się pieprzna komedia "Millerowie". Skupiała się ona o drobnym handlarzu marihuaną, który dostaje za zadanie wywiezienie z Meksyku kilku ton narkotyków. By przejść kontrolę graniczną, organizuje kampera i fikcyjną rodzinkę: znajomą striptizerkę, która ma udawać jego żonę, naiwnego chłopaka z sąsiedztwa, który będzie robił za ich syna, oraz mieszkającą na ulicy złodziejkę, która wcieli się w ich córkę - tę rolę zagrała właśnie Roberts. Chociaż film zebrał mieszane recenzje, okazał się finansowym hitem, zarabiając ponad 270 milionów dolarów. Z kolei scena, w której bohaterki Roberts i Jennifer Aniston uczą postać graną przez Willa Poultera sztuki całowania, przyniosła trójce aktorów nagrodę MTV Best Kiss.
W 2015 roku Roberts zagrała jedną ze swoich najlepszych ról w psychologicznym horrorze "Zło we mnie". Wcieliła się w Joan, młodą kobietę, która ucieka ze szpitala dla obłąkanych. Równolegle prowadzona jest historia dwóch uczennic katolickiej szkoły, które nie wracają do domu podczas przerwy zimowej. Oba wątki łączy przerażająca zbrodnia. "Zło we mnie" debiutowało podczas Międzynarodowego Festiwalu Filmowego w Toronto.
Mimo dobrych opinii, nie udało mu się znaleźć amerykańskiego dystrybutora. Film trafił do ogólnokrajowej dystrybucji dopiero w 2017 roku - w pierwszej kolejności na VoD, a kilka miesięcy później do kin za sprawą niezależnej wytwórni A24.
Filmografię Roberts zamyka komedia romantyczna "Randki od święta" (2020). Film opowiada o dwójce singli, którzy postanawiają wspólnie uczęszczać na kolejne uroczystości, by uniknąć niezręcznych pytań o drugą połówkę ze strony rodziny i znajomych. Jednak im więcej czasu oboje spędzają ze sobą, tym bardziej staje się jasne, że nie są sobie obojętni.
Po swojej premierze na platformie streamingowej Netflix "Randki od święta" otrzymały negatywne lub średnie recenzje. Niemniej film był najchętniej oglądaną produkcją w swoim pierwszym weekendzie i jedną z najpopularniejszych w serwisie w 2020 roku.
W 2019 roku Roberts zaczęła spotykać się z aktorem Garrettem Hedlundem, znanym między innymi z filmów "Czterej bracia", "Mudbound" i "Potrójna granica". W sierpniu 2020 roku para ogłosiła, że spodziewa się syna. Początkowo oboje chcieli utrzymać informację o ciąży w tajemnicy. "Niestety, moja mama ma Instagrama. Matki i Instagram to złe połączenie" - śmiała się aktorka w programie Jimmy’ego Kimmela.
Gwiazda "Krzyku 4" była także pierwszą kobietą w ciąży, która pojawiła się na okładce magazynu "Cosmopolitan". Syn aktorki, Rhodes Robert Hedlund, przyszedł na świat 27 grudnia 2020 roku.
