Henüz drama okulunda okuduğu yıllarda ilk profesyonel oyunculuk deneyimini2007 yılında, Capturing Mary adlı T.V. filmi ile yaşayan Arterton, aynı yıl rol aldığı ikinci sinema filmi olan St Trinian's ile Empire dergisi tarafından en iyi yardımcı oyuncu ödülüne aday gösterildi.
Cemma Alterton, İngiltere dışında adını ilk defa, 2008 yılında gösterime girenJames Bond filmi Quantium of Solace ile duyurdu. Bu filmde Bond KızıStrawberry Fields'i oynayan genç oyuncu, aynı yıl RocknRolla ve Three and Out adlı filmlerde de rol aldı. Alterton'ın 2008 yılında rol aldığı son proje ise, İngiliz T.V. dizisi Lost in Austen oldu. Dizinin 1. sezonunun ilk ve dördüncü bölümlerinde yer alan genç oyuncu, Elizabeth Bennet karakterini canlandırdı.
2009 yılında The Boat That Rocked ve St. Trinian's II adlı sinema filmleri ile karşımıza çıkan Arterton, 2010 yılına ise hızlı bir giriş yaptı. Başarılı oyuncunun 2010 yılında rol aldığı ilk film, Zeus tarafından baştan çıkartılan Hera prensesi Iokarakterini canlandırdığı mitolojik yapım Clash of Titans oldu. 2010 yılının en fazla hasılat yapan filmlerinden birisi olan Clash of Titans'ı genç oyuncunun başrolünde oynadığı ilk film olan The Disappearance of Alice Creed izledi.
Gemma Arterton son olarak aynı adı taşıyan bilgisayar oyunundan uyarlanmış olan tarihi / fantastik macera filmi Prince of Persia'da sevenlerinin karşısına çıktı. Arterton'ın, Zamanın Kumları'ın bekçisi ve Alamut Kalesi'nin yöneticisi Prenses Tamia'yı canlandırdığı film gişede büyük bir başarı göstererek 217 milyon dolar hasılat yaptı. Oyuncunun 2010 yılında gösterime girmesi beklenen son filmi ise,Tamara Drewe adını taşımakta.
Gemma Arterton 5 Haziran 2010 tarihinde İspanyol bir satış müdürü olanStefano Catelli ile dünya evine girdi. Güzel oyuncunun dövmeleri çok sevdiği bilinmekte; kendisi de sol kulağının arkasına yaptırdığı bir melek kanadı dövmesi taşımakta.
