Джемма Артертон родилась 12 января 1986 года в графстве Кент в Великобритании в обычной и очень простой американской семье. Ее отец работал сварщиком, а мать – уборщицей. В будущем у Джеммы появилась младшая сестра – Ханна Джейн Артертон.

Юная Джемма получала среднее образование в грамматической школе Грейвсенда для девочек в Пилам-Роуд, однако не проявляла особого интереса к учебе.

В этот период уже открылась ее любовь к миру театра и кино. В школьные годы Джемма начала грезить о карьере актрисы и стала посещать курсы сценического мастерства.

В 16 лет Артертон бросила школу и поступила в колледж, но учеба там также не была интересна девушке. Затем, получив грант на обучение, ей удалось поступить в Королевскую академию драматического искусства, которую Джемма успешно окончила в 2007 году.

Свою первую роль Артертон получила сразу после окончания академии в 2007 году. Она приняла участие в съемках телевизионного фильма «Завоевание Мэри». В этом же году состоялся и ее театральный дебют на сцене знаменитого театра «Глобус» в шекспировской пьесе «Бесплодные усилия любви».

Затем Джемма появилась сразу в двух более-менее успешных комедиях: «Одноклассницы» и «Трое на вылет».

Истинный же звездный час актрисы пробил в 2008 году, когда на экраны вышел очередной фильм о Джеймсе Бонде «Квант милосердия». Сыграв персонажа по имени Строберри Филлдс, Артертон получила не просто долгожданную популярность, но и возможность стать лицом парфюма Bond Girl 007 от компании Avon.

Участие в бондиане сыграло свою положительную роль на развитие карьеры актрисы, и в 2008 году Джемму приглашает сам Гай Ричи для съемок в картине «Рок-н-ролльщик».

В 2010 году актриса отметилась ролями в фильмах «Битва титанов» и «Принц Персии».

В 2012 году Джемма сыграла главные роли в фильмах «Песня для Марион» и «Византия», а в 2013 году – в фильме «Охотники на ведьм», где ее партнером был Джереми Реннер.

Также на осень 2013 года запланирован выход фильма «Va-банк», в котором Джемма Артертон снялась вместе с Джастином Тимберлэйком и Беном Аффлеком.