Avant qu'elle ne joue dans les films de Harry Potter, son expérience de comédienne s'était limitée à quelques rôles mineurs dans des pièces scolaires, y compris Arthur : Les Jeunes Années et Le Prince Heureux. Parmi ses autres activités à l'école, on peut citer le Concours de Poésie Daisy Pratt, où, à l'âge de sept ans, elle a remporté la première place. Pour décrocher son rôle dans les films d'Harry Potter, elle a passé huit auditions avant de savoir si elle était choisie, et a finalement été sélectionnée parmi plusieurs milliers de candidates.
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 sera en deux parties (24 novembre 2010 et 13 juillet 2011).
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 Élisabeth II du Royaume-Uni.
Le 9 juillet 2007, la jeune actrice laisse ses empreintes de mains et de pieds devant le théâtre chinois de Grauman, se trouvant dans la capitale du cinéma, Hollywood, en compagnie des deux autres jeunes acteurs de la saga,
Daniel Radcliffe et
Rupert Grint. 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 Potter constituent sa seule expérience d'actrice professionnelle, elle a exprimé le souhait de développer sa carrière cinématographique dans d'autres rôles.
Elle prête également 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. La même année, elle fait sa rentrée à l'université Brown.
Elle occupe la première place des actrices les plus rentables de la décennie (2000-2009) grâce à la saga Harry Potter, les six premiers volets, 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.
En 2010, elle tourne dans le clip Say you don't want it du groupe d'un de ses amis, One Night Only (groupe).
Emma prépare depuis Novembre 2010 le film My Week With Marilyn, où elle joue le rôle de Lucy une des costumières de
Marilyn, film prévue pour 2011.