Cote de Pablo nasceu em Santiago, no Chile, mas foi criado em Miami, na Flórida. Frequentou a Arvida Middle School em Miami e depois a Carnegie Mellon University. Ela se formou em 2000 depois de estudar teatro musical. Enquanto na Carnegie Mellon ela apareceu em várias produções teatrais, incluindo "Indiscretions", "The Fantasticks", "A Casa de Bernarda Alba", "And The World Goes 'Round", "A Little Night Music" e "Cloud Techtonics". Seu primeiro papel na televisão foi o anfitrião do programa Control (2000), de 1994, ao lado do apresentador do Entertainment Tonight (1981), Carlos Ponce.
Em 2001, Cote apareceu no palco do New York City Public Theatre na peça de Shakespeare "Measure for Measure", em seguida, mudou-se para papéis na tela pequena como "Gina" na série da ABC The Education of Max Bickford (2001), agindo ao lado Os vencedores do Oscar Richard Dreyfuss e Marcia Gay Harden, a vencedora do Globo de Ouro Regina Taylor, a veterana atriz Helen Shaver e Katee Sackhoff. Ela também teve papéis em The $ treet (2000) e When I Grow Up (1990). Em 2004, ela estrelou a curta duração da série FOX The Jury (2004), tocando "Marguerite Cisneros".
Em 2005, tocou "Dolores Fuentes" no musical "The Mambo Kings" e mais tarde foi escalada para o papel de Ziva David, da Mossad, na série de sucesso NCIS (2003), ao lado de Mark Harmon, Pauley Perrette, David McCallum, Sean Murray e Lauren Holly
A partir de 2008 ela estava morando em Los Angeles.
