Начальное образование получила в грамматической школе для девочек в Пилам-Роуд, а так же параллельно посещала курсы исполнительного мастерства в школе искусств. В шестнадцатилетнем возрасте Джемма оставила школу и поступила в коледж, но и в колледже не стала задерживаться очень долго, подав заявление в Королевскую Академию сценического мастерства где вскоре и получила гранд на обучение. В 2007 году завершила свое обучение в данной академии.
Актриса снялась в одном из фильмов о Джеймсе Бонде - «Квант милосердия», где была представлена ролью второго плана. После выхода фильма на мировые экраны, осенью 2008 году Джемма Артертон начала рекламировать свежевыпущенный парфюм «Bond Girl 007» от парфюмерной компании «Avon».
Также Джемма Атертонснялась в одной из ролей у культового английского режиссера Гая Ричи в его криминальном боевике «Рок-н-рольщик»