Eva Gaëlle Green lahir pada 6 Juli 1980 di Paris, Prancis. Ayahnya, Walter Green, adalah seorang dokter yang pernah tampil dalam film Au hasard Balthazar (1966), dan ibunya, Marlène Jobert, adalah aktris sekaligus penulis buku anak-anak. Kelompok warisan budaya Eva mencakup keturunan Perancis, Spanyol, Yahudi Sephardic, Swedia, dan Breton.

Sejak usia 17 tahun, Eva meninggalkan sekolah Prancis dan beralih ke American School di Prancis selama satu tahun. Ia kemudian belajar akting di Saint Paul Drama School selama tiga tahun dan mengikuti kursus di Weber Douglas Academy di London. Setelah kembali ke Paris, ia tampil di berbagai produksi teater dan mendapat perhatian dari sutradara Bernardo Bertolucci.

Untuk memperbaiki kemampuan Bahasa Inggrismu, Eva belajar selama dua bulan dengan pelatih Inggris sebelum tampil di The Dreamers (2003). Film ini mendapat pujian kritik atas penampilannya. Ia kemudian membintangi film-film besar seperti Kingdom of Heaven (2005), Casino Royale (2006), serta beberapa film Hollywood dan serial TV seperti Penny Dreadful (2014), yang membuat namanya dikenal secara internasional.

Selain berkarier di bidang akting, Eva juga dikenal sebagai pencinta seni dan musik, serta dikenal aktif mengoleksi karya seni. Ia menjalani hidup di dua residensi di Paris dan London, dan memiliki minat yang luas di luar dunia seni peran.