Cresciuta con i due fratelli minori in Australia, comincia ad appassionarsi alla recitazione all'età di otto anni, dopo che il padre del suo compagno di classe le propone di partecipare a un scuola di recitazione, anche se il suo sogno era quello di diventare una stilista.

La scoperta di un talento
Notata proprio all'interno di questa scuola, partecipa al film tv The Echo of Thunder (1998) di Simon Wincer con Judy Davis e Jamey Sheridan, cui seguiranno altre prove televisive: il telefilm High Flyers (1999) di Kevin James Dobson e Peter Sharp; qualche episodio di Thunderstone (2000); il film tv Halifax f.p: Playing God (2001) di Lynn Hegarty; Blonde (2001) di Joyce Chopra con Patricia Richardson, Patrick Dempsey, Griffin Dunne, Richard Roxburgh, Jensen Ackles, Ann-Margret e Kirstie Alley; Something in the Air (2001) con Eric Bana e Blue Heelers (2000-2002). Una particolarità della recitazione di Emily Browning è che ha imparato l'accento inglese dal programma televisivo per bambini "Sesame Street" della ABC.

Hollywood e i successi sul grande schermo
E la Browining lavorerà anche in America, alternando lo studio alla Eltham High School al lavoro di attrice. Il suo primo film per il grande schermo è The Man Who Sued God (2001) di Mark Joffe con Judy Davis, cui seguiranno gli horror Nave fantasma (2002) e Al calare delle tenebre (2003), poi verranno la pellicola Ned Kelly (2003) e il telefilm After the Deluge (2003). Anche se il film che le ha dato maggiore visibilità è stato Lemony Snicket - Una serie di sfortunati eventi (2004) di Brad Silberling. Se non fosse stata per una sua telefonata al regista, all'interno della quale ha chiesto un'audizione a Los Angeles, ritenendosi pronta per la parte di Violet Baudelaire, non avrebbe mai avuto quel ruolo e non avrebbe mai lavorato accanto ad attori come Jim Carrey e Timothy Spall. Dopo il discreto successo della pellicola, la Browning ritorna al genere orrorifico con The Uninvited (2009). Nel 2011 è la protagonista del film Sucker Punch, insieme alle giovani colleghe Vanessa Hudgens e Abbie Cornish e dopo l'horror Magic Magic partecipa al film epico di Paul W.S. Anderson Pompei (2014). Nel 2016 è Frances Shea nel thriller di Brian Helgeland, Legend e nel 2016 in Golden Exits. Nel 2022 è diretta da Andrea Pallaoro in Monica, film presentato in concorso alla Mostra del Cinema di Venezia.