Emma nasceu em Scottsdale, no Arizona, no dia 6 de novembro. Seus pais se chamam Jeff e Krista Stone e seu irmão, alguns anos mais novo, se chama Spencer. Sua família é de origem sueca e seu sobrenome foi anglicanizado quando seus ancestrais chegaram aos Estados Unidos, em Ellis Island. Emma já participou de várias peças teatrais quando adolescente no teatro Valley Youth, incluindo as peças Cinderella, Titanic, A Pequena Sereia e Alice no País das Maravilhas. No ensino médio, Emma estudou no Xavier College Preparatory, um colégio católico só para meninas.2 Para convencer seus pais a deixarem-na mudar-se para Califórnia, ela fez uma apresentação no PowerPoint com o título "Projeto Hollywood". Aos 15 anos, ela se mudou com sua mãe para Los Angeles.
O primeiro filme da carreira de Emma foi Superbad, onde interpretou Jules. O filme recebeu várias críticas positivas e beneficiou muito sua carreira. Logo após Superbad, Emma interpretou Amelia no filme The Rocker, ao lado de Rainn Wilson. Em 2008, Emma foi coadjuvante no filme The House Bunny (br: Casa das Coelhinhas), dividindo a cena com Anna Faris.
Em 2009, Emma esteve nos filmes Ghosts of Girlfriends Past, com Matthew McConaughey e Jennifer Garner, no filme independente Paper Man, com Ryan Reynolds, Lisa Kudrow, Jeff Daniels e Kieran Culkin,3 e em Zombieland, um filme comédia e terror ao lado de Bill Murray, Jesse Eisenberg, Woody Harrelson e Abigail Breslin.
Em 2010 Emma protagonizou a comédia Easy A, dirigida por Will Gluck, e participou da dublagem da animação Marmaduke, substituindo a atriz Amanda Seyfried. Em 2011, fez uma pequena participação em Friends With Benefits (br: Amizade Colorida) e estrelou, ao lado de Ryan Gosling, o filme Crazy, Stupid, Love (br: Amor a Toda Prova). Ainda em 2011, Emma também interpretou Dianna Campbell na comédia romântica Stupid Cupid, baseada no livro de Vinicius Barros, com Brant Daugherty.
Em 2012 estreou em The Amazing Spider-Man (br: O Espetacular Homem-Aranha), no papel de Gwen Stacy, par romântico de Peter Parker, interpretado pelo seu atual namorado, o ator Andrew Garfield.