Elle a grandi dans la banlieue de Phoenix et, dès l'âge de huit ans, a commencé à jouer au théâtre local. Elle s'est inscrite à l'American Conservatory Theater (A.C.T.) de San Francisco à quatorze ans pour améliorer ses compétences en interprétation.
En 2004, Emma a décroché son premier rôle dans la série télévisée "In Treatment" puis, l'année suivante, elle a fait ses débuts au cinéma avec un petit rôle dans le film "Superbad". Cependant, sa carrière prend véritablement son envol en 2010 grâce à deux rôles majeurs : celui de Gwen Stacy dans le blockbuster "Spider-Man: Homecoming" et celui de l'héroïne titulaire du film d'animation "Les Mondes de Ralph".
Depuis, elle a multiplié les collaborations avec des réalisateurs renommés comme Woody Allen, Cameron Crowe ou encore Nicholas Stoller. Elle s'est également révélée comme une actrice très polyvalente en passant de la comédie ("The Help", "La La Land") à l'action ("Gangster Squad", "Aloha").
En 2017, elle a remporté l'Oscar de la meilleure actrice pour son interprétation dans le film musical "La La Land". Elle est également récompensée à plusieurs reprises au cours de sa carrière, notamment par les Golden Globes et les BAFTA.
En dehors du cinéma, Emma Stone est connue pour son engagement en faveur des droits des femmes, des personnes LGBT+ et des animaux. Elle milite également en faveur d'organisations caritatives telles que le "Red Cross" ou encore le "Make-a-Wish Foundation".
Elle est actuellement l'une des actrices les plus célèbres du moment et continue à faire parler de elle avec ses choix de rôles et sa maîtrise du jeu d'acteur.