Emilia Clarke è cresciuta nel Berkshire insieme ai genitori ed al fratello. Comincia a recitare all'età di tre anni, dopo che la madre la porta a vedere una rappresentazione di Show Boat, un musical per la cui realizzazione lavorava suo padre (morto di cancro il 10 luglio 2016), tecnico del suono. Dal 2000 al 2005 frequenta la St Edward's School ad Oxford[5] e poi, dopo essere stata rifiutata alla Royal Academy of Dramatic Art, alla London Academy of Music and Dramatic Art e alla Guildhall School of Music and Drama, si iscrive al Drama Centre dell'University of the Arts London, dove si laurea nel 2009.
Dal 2007 al 2009 recita in numerosi spettacoli al Drama Centre come Wild Honey, Pygmalion, The Changeling, Emilia Galotti, Awake and Sing, A Midsummer Night's Dream, La pulce nell'orecchio, The Hot l Baltimore, The Government Inspector e Hamlet. Nel 2009 recita inoltre in Sense, per la Company Of Angels. Sempre nel 2009 recita in un episodio della serie televisiva Doctors e nel film per la televisione Triassic Attack - Il ritorno dei dinosauri; nello stesso anno recita in una campagna pubblicitaria televisiva per l'organizzazione senza scopo di lucro Samaritans, dal titolo Lisa's story.
Nello stesso anno ottiene il ruolo di Daenerys Targaryen nella serie televisiva fantasy Il Trono di Spade, sostituendo Tamzin Merchant, che aveva recitato nell'episodio pilota originale. Per questo ruolo ha ricevuto quattro nomination agli Emmy Award come miglior attrice non protagonista in una serie televisiva drammatica (nel 2013), nel 2015, nel 2016 e nel 2019) ha vinto lo Scream Award 2011 come miglior performance rivelazione femminile.
Emilia Clarke in una campagna pubblicitaria per Dior nel 2015
Nel 2013 è protagonista a Broadway, nel ruolo di Holly Golightly, del musical tratto da Colazione da Tiffany, affianca Jude Law in Dom Hemingway della BBC e interpreta Sarah Connor in Terminator Genisys, film della serie di Terminator. Lo stesso anno viene scelta come protagonista di The Garden of Last Days per la regia di James Franco, ma il progetto naufraga dopo l'abbandono al progetto da parte di Franco per divergenze con la produzione.
Nel settembre 2014 la scrittrice Jojo Moyes, autrice del romanzo Io prima di te, ha comunicato con un tweet che l'attrice avrebbe vestito i panni di Lou Clark, la protagonista femminile del romanzo, nell'omonima trasposizione cinematografica.[20] Sempre nel 2014 i lettori della rivista AskMen l'hanno votata "donna più desiderata del mondo", mentre l'anno successivo la rivista Esquire l'ha nominata "donna più sexy del mondo".
Nel novembre 2016 Clarke è entrata nel cast come protagonista femminile di Solo: A Star Wars Story nel ruolo di Qi'ra, film legato alla saga di Guerre stellari e incentrato sulla vita di Ian Solo. Il film è uscito negli Stati Uniti il 25 maggio 2018.Nel 2017 è stata scelta da Dolce & Gabbana come testimonial del profumo The One per la regia di Matteo Garrone (mentre il collega de Il Trono di Spade Kit Harington viene scelto per la versione maschile del prodotto). Lo spot viene per la prima volta mandato in onda il 1º settembre 2017. Nel 2020 è diventata la prima ambasciatrice nel mondo di Clinique.