Après avoir obtenu son diplôme d'études secondaires, Eva Mendes entreprend des études de marketing à Los Angeles qu'elle abandonnera pour se consacrer pleinement à sa carrière d'actrice qu'elle avait démarrée auparavant en apparaissant dans des séries comme Urgences ou Mortal Kombat.
C'est en 2001 qu'elle trouve son premier grand rôle en donnant alors la réplique à
Denzel Washington dans
Training Day. Ils se retrouveront deux ans plus tard sur le tournage d'Out of Time. Entre temps, elle intègre le casting de
2 Fast 2 Furious puis enchaine avec la suite de Desperado, ce qui fait d'elle une habituée des productions musclées. Souhaitant se détacher de cette image, elle prend part à des films plus légers comme
Deux en un, Hitch, expert en séduction (où elle séduit
Will Smith) ou encore Trust the Man dans lequel elle croise
Maggie Gyllenhaal et
Billy Crudup, deux acteurs montants (le deuxième n'hésitant pas à la montrer dans de folles cavalcades). Dans un tout autre registre, elle tournera également dans
La nuit nous appartient de
James Gray où elle incarne la compagne du héros joué par
Joaquin Phoenix.
Eva a donné la réplique à
Nicolas Cage dans
Ghost Rider, l'adaptation cinématographique du comic book éponyme. Elle est considérée comme un véritable sex-symbol, à l'image d'Eva Longoria, une autre bomba latina. C'est notamment grâce à sa plastique qu'elle a décroché quelques contrats publicitaires avec des marques telles Dolce & Gabanna ou Morgan, et devient une des égéries de la marque de cosmétique Revlon, elle prête également son image à la marque italienne de boisson alcoolisée Campari puis pose pour le calendrier associé.
Dans Bad Lieutenant : Escale à la Nouvelle-Orléans, elle prouve sous la caméra de
Werner Herzog - connu pour des films hautement personnels, souvent acclamés par la critique, tels que Aguirre, la colère de Dieu ou
Fitzcarraldo - qu'elle a l'étoffe d'une grande actrice. Elle est également connue pour son humour, faisant parfois preuve d'un grand sens de l'autodérision. ,