Emma de Caunes est née en 1976 dans une famille de gens du spectacle - elle est la fille d’Antoine de Caunes, le célèbre présentateur de télévision, acteur et réalisateur, et de la documentariste Gaëlle Royer, et la petite-fille de Georges de Caunes et de Jacqueline Joubert. Elle débute au cinéma à la fin des années 90 dans des courts métrages comme "Beaucoup Trop Loin", "Au Bord De L’autoroute" ou "Liberté Chérie" d’Olivier Jahan. En 1997, la réalisatrice Sylvie Verheyde lui offre son premier grand rôle dans
Un Frère, pour lequel elle obtient le César du Meilleur Espoir Féminin. La même année, elle est saluée dans deux comédies,
La Voie Est Libre de Stéphane Clavier et
Restons Groupés de Jean-Paul Salomé.
En 1998, elle tourne
Mille Bornes sous la direction d’Alain Beigel, et passe derrière la caméra pour réaliser son premier court métrage, «Le nombril de l’univers». L’année suivante, elle retrouve Sylvie Verheyde, qui la dirige dans
Princesses. Elle joue à nouveau sous la direction d’Olivier Jahan dans
Faites Comme Si Je N'étais Pas Là. En 2002, elle est la secrétaire de César dans la superproduction
Astérix & Obélix : Mission Cléopâtre, réalisée par Alain Chabat, avec Gérard Depardieu, Christian Clavier, Jamel Debbou ze et Monica Bellucci, et tourne également,
Les Amants Du Nil de Éric Heumann. Elle obtient la même année le Prix Romy Schneider de la meilleure jeune actrice.
On la retrouve en 2004 dans
Ma Mère de Christophe Honoré, film dramatique adapté du roman de Georges Bataille, avec Isabelle Huppert et Louis Garrel, puis dans
Short Order, écrit et réalisé par Anthony Byrne, dans lequel elle interprète trois chansons, «You are my sunshine» d’Andy Williams, «Think about your troubles » de Harry Nilsson et «Yummy Yummy Yummy»...
En 2006, elle a été la partenaire de Gael García Bernal, Charlotte Gainsbourg, Alain Chabat et Miou-Miou dans
La Science Des Rêves, écrit et réalisé par Michel Gondry. Elle a aussi prêté sa voix à l’un des héros du film d’animation
Souris City réalisé par David Bowers. Elle enchaîne ensuite avec les films
L'âge Des Ténèbres,
Le Scaphandre Et Le Papillon et
Le Bruit Des Gens Autour.