Gemma Arterton voit le jour le 12 janvier 1986 à Gravesend, en Angleterre. Née avec six doigts à chaque main et une malformation à l'oreille, elle est très vite opérée et n'a gardé aucune séquelle. Très tôt, elle se passionne pour le théâtre en suivant des cours lors de sa scolarité au lycée privé pour filles de Gravesend. Elle trouve alors rapidement sa voie et s'exprime totalement à la Royale Academy of Art de Londres. Elle a également côtoyé les planches du Cours Florent, en France. Très peu présente dans les tabloïds, la jolie brune s'est mariée avec Stefano Catelli le 5 juin 2010, en Espagne et en toute discrétion.
C'est en 2007, pendant ses études, que Gemma Arterton décroche son premier rôle dans le téléfilm Capturing Mary, réalisé par Stephen Poliakoff. La même année, sa carrière cinématographique débute grâce à son interprétation dans St. Trinian's, aux côtés de Rupert Everett. Après un petit interlude télévisuelle avec la mini-série Tess of the d'Urbervilles, Guy Richie la choisit en 2008 pour apparaître dans son RockNrolla. Elle y rencontre des acteurs confirmés, comme Gerard Butler ou Mark Strong. Sa consécration, elle va la connaître grâce à ses apparitions dans des blockbusters tels que Quantum of Solace, Le Choc des Titans et Prince of Persia : les sables du temps.
Cependant, la comédienne anglaise parvient à échapper un peu à Hollywood, en obtenant des rôles dans des productions indépendantes. Ainsi, nous ne sommes pas étonnés de la voir dans La Disparition d'Alice Creed, premier film de J Blakeson, ou encore Tamara Drewe de Stephen Frears, remarqué à Cannes 2010.