A atriz inglesa Emily Kathleen Anne Mortimer nasceu em Hammersmith, Londres, Inglaterra, filho do escritor e advogado Sir John Mortimer e sua segunda esposa, Penelope (nascida Gollop). Ela foi educada na St Paul's Girls 'School, em West London, e foi enquanto lá ela começou a atuar. Mortimer mudou da escola para o Lincoln College, Universidade de Oxford, onde estudou Literatura Inglesa e Russo, e passou dois períodos na Escola de Teatro de Artes de Moscou, estudando atuação.
Enquanto aparecia em uma produção estudantil da Universidade de Oxford, Mortimer foi flagrado por um produtor de TV que a escalou para uma adaptação de The Glass Virgin (1995), de Catherine Cookson. Ela fez sua estreia no cinema em 1996 ao lado de Val Kilmer em The Ghost and the Darkness (1996). Papéis em vários projetos se seguiram, incluindo Elizabeth (1998), Love's Labour's Lost (2000), Match Point (2005), Lars and the Real Girl (2007), Shutter Island (2010) e Hugo (2011).
Durante a produção de Love's Labour's Lost (2000), Mortimer conheceu seu marido Alessandro Nivola. O casal tem dois filhos, Samuel e May.
