Emma Watson a été choisie pour jouer Hermione Granger à l’âge de dix ans pour tourner Harry Potter à l’école des sorciers. Depuis, elle est apparue dans tous les films de la série : Harry Potter et la Chambre des secrets, (2002), Harry Potter et le Prisonnier d’Azkaban (2004), Harry Potter et la Coupe de feu (2005), Harry Potter et l’Ordre du phénix (2007), Harry Potter et le Prince de sang-mêlé (sorti le 15 juillet 2009 pour la France) et elle a signé pour le dernier volet de la série Harry Potter et les Reliques de la Mort qui est en deux parties (novembre 2010 et mai 2011).Avant décembre 2006, Emma n’avait pas de contrat pour apparaître dans la série de films de Harry Potter au-delà du cinquième. Bien que les films de Harry Potter constituent sa seule expérience d’actrice professionnelle, elle a exprimé le souhait de développer sa carrière au cinéma dans d’autres rôles.Le 9 juillet 2007, la jeune actrice laisse ses empreintes de mains et de pieds devant le théâtre Grauman, se trouvant dans la capitale du cinéma, Hollywood, en compagnie des deux autres jeunes acteurs de la saga, Daniel Radcliffe et Rupert Grint.

Emma jouera dans le film Napoleon and Betsy, dont le tournage est prévu en 2010, après celui de Harry Potter et les Reliques de la Mort (février 2009).À quinze ans, Emma est devenue la plus jeune personne à apparaître sur la couverture du magazine Teen Vogue. Elle a aussi participé à un jury, avec Pierce Brosnan, Kenneth Branagh et Samantha Morton, pour choisir les jeunes réalisateurs « First Light » de 2004 pour la cérémonie de récompense des films à Leicester Square à Londres. Elle a aussi joué Hermione dans The Queen’s Handbag (Le Sac à main de la Reine), un mini-épisode spécial de Harry Potter pour le 80e anniversaire de la Reine Elizabeth II.

Emma prête sa voix à la Princesse Pea dans l’adaptation cinématographique de La Légende de Despereaux.

Emma Watson a aussi incarné Pauline Fossile dans Ballet Shoes avec ses co-stars de Harry Potter Richard Griffiths et Gemma Jones pour la BBC. Ses deux demi-soeurs jumelles Nina et Lucy ont également pris part au tournage en jouant Pauline Fossile jeune.

En 2009, elle devient l’égérie de la célèbre marque britannique Burberry pour la campagne automne/hiver. Elle le sera aussi en 2010 pour la campagne printemps/été de Burberry

En 2009, elle fait sa rentrée à l’université Brown

Elle occupe la 1ère place des actrices les plus rentables de la décennie (2000-2009)[2] grâce à la saga Harry Potter, les six volets qui sont sortis entre 2001 et 2009 ont rapporté 5,4 milliards de dollars.

En 2010, elle crée une ligne de vêtements pour adolescents intitulée Love from Emma en compagnie de Safia Minney, la fondatrice de People Tree                  Ce n’est qu’après avoir tourné tous les opus de Harry Potter que l’actrice s’attaque à des rôles très différents. En 2012, elle incarne une des costumières de Marilyn Monroe dans le film My Week with Marilyn de Simon Curtis. On la retrouve également à l’affiche du Monde de Charlie de Stephen Chbosky et de The Bling Ring, réalisé par Sofia Coppola sortie en 2013 où elle tient un des rôles de premier plan. En 2014, elle tient le rôle d'Ila dans le péplum américain Noé réalisé par Darren Aronofsky.

En juillet 2014, elle est nommée ambassadrice de bonne volonté par l'ONU Femmes .