Carey Mulligan nasce a Westminster, a Londra, il 28 maggio 1985. Stephen, suo padre, è originario di Liverpool, Nano, sua madre, lettrice universitaria, viene da Llandeilo nel Galles occidentale. Il bisnonno è immigrato dall'Irlanda. Mulligan ha un fratello più grande, Owain. All'età di tre anni con la famiglia si trasferisce dall'Inghilterra alla Germania dopo che il padre accetta un lavoro come manager europeo di armi di hotel intercontinentali. Per via di questo impiego, tutta la famiglia vive in lussuosi alberghi per otto anni. Frenquenta la Woldingham School (Surrey) e si dimostra molto portata per gli studi fino al compimento dei 14 anni, quando inizia ad interessarsi più alla recitazione, soprattutto dopo aver visto il fratello cimentarsi in uno spettacolo scolastico, "The king and I".

I primi ostacoli, poi l'avvio
Nonostante l'attrazione verso il mondo dell'intrattenimento, le difficoltà iniziali non mancarono, sia per varie audizioni finite con esito negativo, sia per lo scarso entusiasmo dei genitori di fronte alla prospettiva di una figlia attrice e il loro desiderio di vederla realizzata negli studi universitari presso Reading, in Inghilterra.
Tutto questo, come nel 2009 la Mulligan ha sostenuto, in realtà non fa che rafforzare in lei il desiderio di recitare e la dà la forza di riprovarci.
Nel 2004, quando Carey ha 18 anni e conquista il ruolo di Kitty Bennet in Orgoglio e pregiudizio, inizia la sua carriera cinematografica; la parte le arriva grazie anche al supporto della preside della sua scuola. Viene subito molto apprezzata. Altri sono i lavori che trova, in TV per esempio partecipa a "The amazing Mrs Pritchard", a un episodio di "ITV", "Marble", ed è Emily Harrogate in Sins of the father. Nel 2007 Mulligan appare in And when did you last see your father?, adattamento delle omonime memorie di Blake Morrison. Sempre nel 2007, l'attrice recita con Daniel Radcliffe e Kim Cattrall in My boy Jack e in Northanger Abbey; entrambe le realizzazioni andate in onda su ITV network. I critici ad ogni modo la notato veramente dopo il suo ruolo nel revival di The seagull, in cui è Nina. Il Daily Telegraph la giudica straordinaria, come anche l'Independent. Per questo film riceve la nomina al Drama Desk Award, ma perde il premio, che va ad Angela Lansbury.

Carriera affermata
Nel 2009 la Mulligan è in Nemico pubblico - Public Enemies accanto a Johnny Depp e Christian Bale, con la parte di una delle donne del gangster Dillinger; il film riceve critiche piuttosto positive. Nello stesso anno l'attrice è accanto a Pierce Brosnan e Susan Sarandon in The greatest, con il ruolo della fidanzata incinta di un ragazzo che muore; il film trova dopo qualche iniziale difficoltà un distributore ed esce nel novembre del 2009 in moltissimi paesi. L'attrice figura anche nel remake dell'omonimo film danese Brothers, insieme a Natalie Portman. Carey pensa che il suo sia un ruolo minore, è infatti la moglie di un soldato accidentalmente ucciso da uno dei tre protagonisti del film, ma che sia stata comunque un'esperienza per lei molto positiva. L'impegno più importante del 2009, tuttavia, è quello dedicato a An education, in cui è Jenny, la protagonista ventiduenne per cui riceve il ruolo quando di anni ne ha solo sedici; i produttori all'inizio sono infatti piuttosto dubbiosi in merito al problema dell'età, ma dopo averla vista recitare si convincono che non ci sarebbero stati ostacoli per una buona e convincente performance. An education esce nell'ottobre del 2009; la pellicola fa sì che la protagonista abbia su di sé le attenzioni entusiastiche di moltissimi giornalisti e critici.

Progetti recenti
Nel settembre del 2009 Mulligan inizia il lavoro sul set di Wall Street: Il denaro non muore mai, di Oliver Stone, film in cui recita a fianco di Shia LaBeouf, Josh Brolin e Michael Douglas - si tratta del seguito di Wall Street del 1987; la parte le arriva su richiesta del regista stesso, dopo che la vede recitare in An education. Nel film, che ha principalmente attori uomini, la Mulligan è Zinnie Gekko, la figlia del protagonista Gordon - il suo accento inglese per questo ingaggio viene messo da parte in favore della pronuncia americana. L'attrice rincontra la sua collega Keira Knightley dopo Orgoglio e pregiudizio in Non lasciarmi (2010), interessante film drammatico dai risvolti 'fantascientifici'. Nel 2012 recita accanto a Michael Fassbender nel drammatico e controverso Shame, di Steve McQueen e nel 2013 è Daisy nella versione 3D de Il grande Gatsby di Baz Luhrmann. In seguito è tra i protagonisti del film dei fratelli Coen A proposito di Davis, Gran Premio della Giuria al Festival di Cannes 2013. Due anni dopo è la combattiva Maud nel film di Sarah Gavron, Suffragette.Protagonista poi di Wildlife di Paul Dano, nel 2018 sarà in Collateral di S.J. Clarkson e nel 2020 in Una donna promettente di Emerald Fennell. Nel 2021 è diretta da Simon Stone ne La nave sepolta, e nel 2022 da Bradley Cooper in Maestro e da Maria Schrader in Anche io.