Le bac en poche, Emmanuelle Bercot intègre l'Ecole de danse Serge Alzetta, puis l'Ecole du Spectacle, où elle découvre avec émerveillement le théâtre. Elève au cours Florent, elle travaille bientôt sous la direction de Robert Hossein et Jean-Luc Tardieu. Après avoir raté le concours d'entrée au Conservatoire, elle est admise, alors qu'elle n'a pas encore de culture cinéphile, au concours de la Femis. Dans ce cadre, elle tourne le documentaire True Romanès (1995), puis le court-métrage Les Vacances, Prix du Jury à Cannes en 1997, son film de fin d'études étant le moyen-métrage La Puce (1999), récit audacieux du dépucelage d'une adolescente par un homme d'âge mûr. Ces deux derniers films, très remarqués, révèlent Isild Le Besco, actrice fétiche de la cinéaste, avec qui elle présente d'ailleurs une certaine ressemblance physique.
Menant, en pointillé, une carrière d'actrice (elle incarne la monitrice dans La Classe de neige de Claude Miller, en 1997), Emmanuelle Bercot s'attribue le rôle principal de son premier long-métrage, Clément, celui d'une trentenaire transie d'amour pour un garçon de 13 ans. Cette oeuvre à la fois pudique et dérangeante est présentée à Cannes en 2001 dans la section Un Certain Regard. "L'intérêt, pour moi, n'est jamais tant dans le fait de raconter des histoires que dans la volonté de décrire des états, d'exacerber des perceptions", déclare la cinéaste au moment de la sortie de son deuxième long métrage, Backstage, présenté en 2005 à la Mostra de Venise, et dans lequel elle continue d'explorer le mal-être adolescent, à travers la relation trouble qui unit une star de la chanson (Emmanuelle Seigner) à une jeune fan envahissante (Le Besco).
En 2009, Emmanuelle Bercot réalise le téléfilm Mes chères études pour Canal+ où une étudiante en vient à se prostituer pour subvenir à ses besoins financiers et est, ensuite, partagée entre cet argent « facile » et son dégoût pour elle-même. En 2011, elle œuvre sur le bouleversant Polisse de Maïwenn avec qui elle coécrit le scénario et interprète une des policières de la brigade de protection des mineurs. Il s’agit de la première fois qu’elle écrit pour voir un de ses scénarios adapté par une autre qu’elle-même et cette écriture à 4 mains lui vaut d’être nominée avec Maïwenn pour le meilleur scénario original au César 2012. La même année, elle réalise un sketch dans le film Les infidèles, une comédie sur l’adultère avec Gilles Lellouche et Jean Dujardin, avant de mettre en scène Catherine Deneuve dans Elle s’en va, où la célèbre actrice joue une sexagénaire qui décide de prendre sa voiture pour tout quitter.
Deux ans plus tard, Emmanuelle Bercot revient avec un film fort, La Tête haute, présenté hors compétition à Cannes. Pour les besoins de cette histoire racontant le parcours d'un jeune difficile qu’une juge des enfants et un éducateur tentent inlassablement de sauver, la cinéaste retrouve Catherine Deneuve. En 2016, auréolée d'un Prix d'interprétation à Cannes pour son rôle déchirant de femme brisée dans Mon Roi de Maïwenn, Bercot retourne derrière la caméra pour mettre en scène La Fille de Brest. Le film est un biopic centré sur Irène Frachon, pneumologue ayant révélé au public le scandale du Mediator. Dans le deuxième rôle principal, nous retrouvons Benoît Magimel. Emmanuelle lui propose en 2020 de jouer un quarantenaire atteint d'une maladie incurable dans son nouveau drame, De son vivant.
Parallèlement, la native de Paris poursuit sa carrière d'actrice. Elle incarne une reporter de guerre borgne dans Les Filles du soleil et la fille de Catherine Deneuve dans Fête de famille. Privilégiant le drame, elle est également à l'affiche de Jumbo de Zoé Wittocket, Le Bal des folles de Mélanie Laurent et L'Ennemi de Stephan Streker.