Tournée très tôt vers la comédie, elle prend des cours à la prestigieuse Bristol Theatre School de Londres, avant de débuter une carrière à la télévision. Dix ans plus tard elle s'essaie au cinéma, avec quelques petits rôles. Mais c'est Danny Boyle qui fera d'elle une star en lui donnant le premier rôle féminin dans 28 Jours plus tard, aux côtés de Cillian Murphy. En 2006 elle joue dans deux gros succès du box office, Pirates des Caraïbes, le secret du coffre maudit et Miami Vice - Deux flics à Miami de Michael Mann. On lui prêtera aussi une liaison avec Orlando Bloom, son partenaire dans Pirates des Caraïbes.