Эмили имеет французские и ирландские корни. Мать, Мэри Джо, работала актрисой, а отец, Калеб Дешанель, является известным американским режиссером и кинооператором. Благодаря его работе над такими проектами, как «Нормальный» и «Парни что надо», он был номинирован на «Оскар». У Эмили есть младшая сестра Зои, которая тоже является актрисой, при этом более популярной. Широкой публике она стала известна благодаря таким фильмам, как «Всегда говори «ДА»», «500 дней лета», «Гигантик», «Мост в Терабитию», «Заколдованное королевство», «Автостопом по галактике», «Хорошая жизнь», «Крутой парень».
Эмили училась на отделении театрально искусства в Бостонском университете. Ее дебют в кино состоялся в 1994 году, когда на экране вышел фильм «Счастливый случай». Далее последовали небольшие роли в сериалах и телевизионных фильмах.
В 2002 году с успехом вышел мини-сериал, снятый по произведению Стивена Кинга, – «Особняк «Красная роза». Далее последовал фильм «Холодная гора», а за ним – вестерн «Форт Аламо», вышедший в 2004.
В 2004 году вышел в прокат «Человек-паук 2» с участием Эмили Дешанель. После этого ее отметил журнал «Interview Magazine». Он составил небольшой список актрис, которые, по мнению этого журнала, заслуживают, чтобы на них обратили внимание.
После роли в фильме «Бугимен», вышедшем в 2005 году, Эмили пригласили поучаствовать в таком телевизионном проекте, как сериал «Кости». Благодаря великолепно исполненной роли в 2006 году ее номинировали на премию «Спутник», а в 2007 – на «Teen Choice Awards». В 3 сезоне телесериала «Кости» Эмили Дешанель стала выступать в качестве продюсера.
25 сентября 2010 года состоялось бракосочетание Эмили Дешанель и Дэвида Хорнсби. Супруг Эмили также является американским актером. Но помимо актерской деятельности занимается также написанием сценариев, продюсированием и монтажом. Он участвовал в таких кинопроектах, как «Скорая помощь», «Перл Харбор», «Особое мнение», «В Филадельфии всегда солнечно», «Кости», «Чужие против хищника: Реквием» и другие.
В конце сентября 2011 года у пары родился ребенок Генри Ламар. В конце декабря 2014 года стало известно, что в семье Хорнсби ожидается пополнение.
