Ева Грин родилась 5 июля 1980 года в Париже. Отец Евы — Вальтер Грин, швед по происхождению, работает стоматологом. Мать — известная актриса, алжирская француженка еврейского происхождения Марлен Жобер, в последнее время занимающаяся детской литературой. У Евы есть сестра-двойняшка Джой, их дядя — известный кинооператор Кристиан Бергер.
В возрасте 17 лет Ева покинула Францию, чтобы выучить английский язык в Рамсгейте, графство Кент, а затем вернулась в Париж. где продолжила обучение в американской школе. Примерно в это время Ева решает выбрать актёрскую карьеру и обучается в ряде престижнейших европейских и американских университетов на курсах актёрского искусства и режиссуры (Школа драматического искусства Сен-Поль в Париже, Академия драматического искусства Уэбер Даглас в Лондоне, Школа искусств Тиш при Нью-Йоркском университете).
После обучения она вернулась в Париж, чтобы начать актёрскую карьеру. Первыми шагами Евы как актрисы были роли в нескольких театральных постановках. Именно в театре её и заметил культовый режиссёр Бернардо Бертолуччи, впоследствии назвавший её «красивой до неприличия». Он пригласил Еву для участия в свой фильм «Мечтатели». Сверхоткровенная в плане наготы роль Изабель, избалованной парижанки, увлекающейся кино и сексуальными экспериментами с застенчивым американцем и своим собственным братом, мгновенно катапультировала Еву к славе. После «Мечтателей» Ева снялась в ещё одном французском фильме «Арсен Люпен», после чего ей последовало предложение съёмок в Голливуде.
В качестве модели, Ева Грин сотрудничала с такими известными фирмами, как Lanc?me, Emporio Armani и Christian Dior
Дебютом Евы Грин в голливудском кино стала масштабная постановка режиссёра Ридли Скотта «Царство небесное» (2005). Ева исполнила роль иерусалимской королевы Сибиллы, в которую влюблён крестоносец Балиан (Орландо Блум). Следующей ролью актрисы становится легендарная «девушка Бонда» Веспер Линд: продюсеры Брокколи, решившие «обновить» сериал о знаменитом агенте 007, предпочли Еву другим звёздным именам. Премьера фильма «Казино Рояль» с Дэниелом Крэйгом в роли Бонда состоялась в конце 2006 года.
В 2007 году Ева Грин снялась в экранизации фантастической сказки «Золотой компас», первой части популярного книжного сериала «Тёмные начала» Филипа Пулмана. Она сыграла роль королевы ведьм Серафины Пеккалы.