Emma Watson est née en France de parents anglais qui y travaillaient à l'époque, Chris et Jacqueline Watson, tous deux avocats ; elle a un frère, Alex, de trois ans son cadet. Jusqu'à cinq ans elle a vécu à Paris, ensuite elle est partie pour Oxford, en Angleterre, avec sa mère et son frère, quand ses parents ont divorcé. Elle a passé ses années d'école primaire à la Dragon School, une école privée, jusqu'en juin 2003
La jeune fille dévoile ses talents de comédienne lors d'un récital de poésie : la Daisy Pratt Poetry Competition qu'elle remporte à l'âge de 7 ans.
Chris Colombus décide de l'engager pour jouer Hermione Granger, un des personnages principaux de la saga Harry Potter qui débute avec le premier volet "Harry Potter à l'école des sorciers" en 2001. Elle n'a que très peu d'expérience mais se révèle être une très bonne actrice. Son personnage Hermione est une élève studieuse et est la meilleure amie d'Harry.
Pour décrocher son rôle dans les films d'Harry Potter, elle a passé 8 auditions avant de savoir si elle était choisie, et a finalement été sélectionnée parmi plusieurs milliers de candidates.
En 2005, dans le volant au cinéma "Harry et la coupe de feu", Emma et son personnage évolue. Elle se transforme en une jeune demoiselle et non plus uniquement comme une élève trop studieuse.
Les fans de Harry Potter ont émis des avis partagés sur l'interprétation d'Hermione Granger par Emma Watson : en un sens elle est parfaite pour le rôle ; d'autres croient qu'Emma n'arrive pas à rendre les inquiétudes et les défauts d'Hermione et ils regrettent qu'elle soit trop jolie pour le rôle
En 2007, elle joue de nouveau le rôle de Hermione Granger rendue adolescente dans le tome 5 de la série, "Harry Potter et l'Ordre du Ph½nix".