Gemma Christina Arterton nació el 12 de enero de 1968 en la localidad de Gravensend (Kent), Inglaterra. Sus padres se divorciaron cuando ella tenía 5 años de edad, por lo que creció con su madre y su hermana menor. Alentadas por sus padres a explorar sus habilidades creativas,
Gemma se decidió por la actuación, mientras que su hermana Hannah estudió canto.
Durante su adolescencia integró los grupos de teatro Masquerade y Miskin, actuando en las producciones The Massacre of Civitella y Guiding Star. En 2004 ganó un premio a la Mejor Actriz de soporte, lo que le permitió estudiar en la prestigiosa Real Academia de Arte Dramático (RADA), de Londres.
Mientras estudiaba en RADA obtuvo su primer rol profesional, al actuar en la película para televisión "
Capturing Mary" (2007), protagonizada por la actriz
Maggie Smith. Ese mismo año se graduó de Rada y obtuvo un papel en el largometraje
"Supercañeras: El internado puede ser una fiesta (St. Trinians)" (2007).
Su oportunidad le llegó un año más tarde cuando obtuvo el papel de
Strawberry Fields en "
Quantum of Solace" (2008) con
Daniel Craig en el rol del mítico agente James Bond. Su carrera continuó en las películas "
Radio Encubierta" (2009), "
The Disappearance of Alice Creed" (2009), "
Furia de Titanes" (2010), "
Prince of Persia: Las arenas del tiempo" (2010), "
Las aventuras de Sammy. Un viaje extraordinario" (2010) o "
Hansel and Gretel: Witch Hunters" (2012).
Gemma también protagonizó en 2008, la miniserie televisiuva de la BBC, "
Tess of the D'Urbervilles" e interpretó a
Elizabeth Bennet en la miniserie "
Lost in Austen", de ese mismo año.
Entre sus próximos trabajos, podrá ser vista en el protagónico de la comedia dramática "
Song for Marion" (2012), siendo secundada por
Vanessa Redgrave y
Christopher Eccleston; también se encuentra filmando "
Byzantium" (2012), un thriller de fantasía cuyo elenco encabeza acompañada por
Saoirse Ronan y
Sam Riley.
En su vida personal,
Gemma contrajo matrimonio con
Stefano Catelli en junio de 2010, en una pequeña ceremonia celebrada en España.