2000年，艾玛·罗伯茨8岁时就在姑姑茱莉亚·罗伯茨的一部影片里出任临时演员，从而开始了她的星途生涯。2001年，9岁的艾玛与银幕正式结缘，在传记犯罪电影《美国毒枭》中饰演约翰尼·德普的女儿  ；同年，主演短片《Big Love》。

2004年，14岁的艾玛参演儿童情景喜剧《Unfabulous》，在这部剧集里，艾玛饰演一个烦恼时就喜欢唱歌弹琴的小女孩  。

2005年9月27日，发行个人首张音乐专辑《Unfabulous and More》，里面大部分是电视剧《Unfabulous》的插曲  。

2006年，16岁的艾玛正式进军好莱坞；3月3日，由其主演的喜剧电影《美人鱼》上映，她在片饰演对海水有恐惧心理的克莱尔  。

2007年6月15日，与瑞切尔·蕾·库克合作主演的校园冒险电影《南茜·朱尔》上映，她在片中饰演少女小侦探南茜·德鲁。2008年，与亚历克斯·帕蒂弗共同主演爱情喜剧电影《野孩子》，在片中饰演被送到英国寄宿制学校的小公主波碧；9月8日，与罗瑞·卡尔金、亚历克·鲍德温联合主演的家庭喜剧电影《莱姆生活》上映  ；同年，与弗莱迪·海默合作主演爱情电影《家庭作业》，在片中饰演在学校里是一个万人迷的萨莉  。

2009年，由其出演的爱情喜剧电影《情人节》上映  ；1月16日，与杰克·T·奥斯汀、丽莎·库卓联袂主演的家庭喜剧电影《流浪狗之家》上映，在片中饰演和弟弟布鲁斯是一对孤苦伶仃的孤儿安迪  。

2010年，与凯尔·吉克瑞斯特共同主演喜剧电影《说来有点可笑》，在片中饰演情感丰富的16岁女孩诺埃尔；同年，与山姆·洛克威尔合作主演的校园喜剧电影《荣誉之季》上映；4月15日，与内芙·坎贝尔等联袂出演的惊悚电影《惊声尖叫4》上映；6月2日，由其主演的惊悚犯罪电影《四三二一》上映；7月30日，与切斯·克劳福、基弗·萨瑟兰联合主演的罪案电影《十二》上映，她在片中饰演少女莫莉。

2012年，与杰森·苏戴奇斯、詹妮弗·安妮斯顿联合主演犯罪喜剧电影《冒牌家庭》，在片中饰演叛逆、个性而又非常聪明机智的流浪女，她凭借该片获得第16届美国青少年选择奖最佳喜剧片女演员奖  、第23届MTV电影奖最佳吻戏奖  ；同年，出演由蒂托·蒙蒂尔执导的罪案电影《帝国》  ；8月3日，与拉什达·琼斯、安迪·萨姆伯格联合主演的爱情喜剧电影《离婚不分手》上映。

2013年，与詹姆斯·弗兰科共同主演爱情文艺电影《帕罗奥图》，在片中出演一个临时婴儿保姆四月；10月9日，与杰西卡·兰格、凯西·贝茨联合出演的惊悚悬疑剧《美国恐怖故事第三季》首播，她在剧中饰演明星女巫麦迪逊·蒙哥马利  。

2014年2月，与萨姆·沃辛顿合作主演的剧情电影《为狗》上映；10月9日，由其出演的电视剧《美国恐怖故事第四季》播出，在剧中饰演水晶球占卜师玛吉  ；同年，与比利·坎贝尔搭档主演爱情冒险电影《爱是一种病》。

2015年1月，与詹姆斯·弗兰科共同主演的文艺电影《我叫迈克尔》上映；9月12日，与琪兰·席普卡合作主演惊悚电影《牧师之女》，在片中饰演心事重重的年轻女人琼；9月22日，与杰米·李·柯蒂斯、阿比盖尔·布雷斯林联合主演的恐怖喜剧《尖叫皇后第一季》播出，她在剧中饰演傲慢可爱的富家女香奈儿·奥柏林；同年，由其出演的电视剧《美国恐怖故事第五季》首播  。

2016年，与朱丽叶特·刘易斯合作主演惊悚动作电影《玩命直播》，在片中饰演平凡无奇的乖乖女Vee  ；9月20日，由其主演的电视剧《尖叫皇后第二季》播出。

2017年，主演由尼克·卡萨维蒂执导的剧情电影《终与你相见》，并担任该片的执行监制之一  ；7月17日，与凯文·史派西、塔伦·埃格顿等合作出演的传记犯罪电影《亿万少年俱乐部》上映  ；9月5日，由其出演的电视剧《美国恐怖故事第七季》首播  。

2018年，主演电视剧《美国恐怖故事第八季》；4月20日，与迈克尔·安格拉诺、德丽·海明威联袂主演的爱情电影《恋爱关系》上映；8月，与海登·克里斯滕森共同主演的爱情喜剧电影《小意大利》上映。

2019年9月18日，由其主演的电视剧《美国恐怖故事第九季》播出；11月1日，与艾莎·冈萨雷斯、米拉·乔沃维奇联袂主演的奇幻电影《天堂山》上映  。2020年，与贝蒂·吉尔平、希拉里·斯万克联合出演动作惊悚电影《狩猎》  。