Ема Уотсън е родена на 15 април 1990 г. в семейството на двама адвокати, Жаклин Дюер и Крис Уотсън, които се развеждат през 1995 г. Ема е кръстена на баба си, живяла е във Франция до петгодишна възраст, след което се мести в Англия, където живее и до сега. Има брат (Алекс), който е роден през 1993 г.
Като дете Уотсън учи в училището „Драгън“ (The Dragon School), прочуто частно училище в Оксфорд. През 2005 учи в девическото училище „Хедингтън“ в града. Преди да бъде избрана за ролята в филмите за Хари Потър, участията ѝ са ограничени до водещи роли в училищни спектакли като „Младостта на Артур“ и „Щастливият принц“. Между другите ѝ училищни изяви е поетическият конкурс „Дейзи Прат“, в който печели първото място за випуска си на 7-годишна възраст.
Дебютът на Ема в света на професионалното актьорство е когато кастинг-екип идва в училището ѝ. Директорът избира нея и още две момичета, за да се явят на прослушване и да се състезават с още много кандидатки за ролята на Хърмаяни Грейнджър във филма „Хари Потър и Философският камък“. В началото за Ема всичко е само като на шега, но на колкото повече прослушвания се явява, толкова по-сериозни стават нещата. Тя се състезава с хиляди други актриси, повечето от които с много по-голям опит в актьорското майсторство от нея. Въпреки това, след многото прослушвания получава ролята.
По време на снимките на „Хари Потър и Стаята на тайните“ получава прякора "One Take Watson", защото прави повечето си сцени само с един дубъл.
Когато не е на снимачната площадка, Ема посещава училището „Хедингтън“, където учи изобразително изкуство, история и английски език. Актрисата обича спорта и играе хокей, тенис на корт и тенис на маса. Далеч от света на киното обича да прекарва времето си с приятелки, да пазарува и да ходи на кино. Сред любимите ѝ филми са „Гладиатор“, „Смело сърце“, „Гордост и предразсъдъци“ и „Шрек“. Любимите ѝ актьори са Джулия Робъртс, Брад Пит и Рене Зелуегър.