Figlia dei british actors Edward Fox e Joanna David, Emilia si fa notare nel laboratorio della serie investigativa, Silent Witness, nel ruolo della paleontologa forense Nikki Alexander.

Cinema:
Debutto in celluloide in grande stile per l'interprete londinese che, nel 2002, viene diretta dalla mano esperta di Roman Polanski in Il pianista, dove la troviamo offrire un rifugio sicuro al perseguito Adrien Brody. Nello stesso anno, si cimenta nella psicoanalista russa Sabina Spielrein in Prendimi l'anima di Roberto Faenza. Nel 2004, stila con gli amici una lunga lista di Cose da fare prima dei 30. Dodici mesi più tardi, incarna la professoressina che flirta con Roberto Benigni in La tigre e la neve. Nel 2009, si lascia incantare dall'immortale beltà di Ben Barnes alias Dorian Gray.

Privato:
L'attrice cresce con il fratello Freddie e la sorellastra, Lucy. Dopo aver frequentato la Bryanston School, si iscrive presso l'Università di Oxford. A seguito della rottura con il comico inglese Vic Reeves, la stellina nel 2005 convola a nozze con il collega Jared Harris, frutto del primo matrimonio dell'indimenticato Richard Harris.
Attualmente in attesa di divorzio, la Fox frequenta il filmmaker e attivista, Jeremy Gilley.
Agnostica, Emilia conosce bene la lingua francese e tedesca. Suona il violoncello e il pianoforte.