Scarlett Johansson entame sa carrière de comédienne sur les planches de Broadway, à l'âge de huit ans, en tenant la vedette de la pièce Sophistry aux côtés d'Ethan Hawke. Au cinéma, c'est devant la caméra de Rob Reiner, pour la comédie L'Irrésistible North (1994) qu'elle fait ses premiers pas.

Après quelques apparitions, notamment dans le thriller Juste Cause (1994) et le familial Maman, je m'occupe des méchants (1997), l'adolescente incarne la jeune Grace dans L'Homme qui murmurait à l'oreille des chevaux (1998) de Robert Redford, un rôle qui la révèle au grand public. Au début des années 2000, on la retrouve chez les frères Coen (The Barber : l'homme qui n'était pas là, 2001), ainsi qu'au générique de la série B Arac Attack (2002) et de l'indépendant Ghost World (id.) avec Thora Birch.

En 2004, le film Lost in Translation de Sofia Coppola marque un tournant dans sa carrière, puisqu'elle se voit citée à l'Oscar de la Meilleure actrice. Ayant mûri, Scarlett Johansson devient une valeur sûre d'Hollywood. Quand elle ne s'affiche pas dans des films d'époque (L'Eventail de Lady Windermere, La Jeune fille à la perle, Deux soeurs pour un roi) ou des blockbusters (The Island, Le Prestige), la belle s'illustre chez de grands cinéastes américains comme Brian De Palma (Le Dahlia noir, 2006) ou Woody Allen, avec qui elle collabore à trois reprises, sur Match Point (2005), Scoop (2006) et Vicky Cristina Barcelona (2008). Adepte de la comédie et de la romance, Scarlett Johansson compte à son actif quelques films plus légers comme En bonne compagnie (2005), Le Journal d'une baby-sitter (2008), Ce que pensent les hommes (2009) et Nouveau Départ (2012).

Dans un registre plus sombre, elle dévoile ses charmes dans le méconnu The Spirit (2008), l'adaptation du comic-book culte de Will Eisner. Un genre qu'elle retrouve deux ans plus tard pour le blockbuster issu du catalogue Marvel, Iron Man 2. Scarlett Johansson y incarne le personnage hyper-athlétique de La Veuve Noire et en profite pour donner la réplique à Robert Downey Jr., comédien qu'elle retrouve rapidement au sein des Avengers en 2012 (et sa suite Avengers: L'ère d'Ultron en 2015), dans lequel son personnage côtoie d'autres super-héros made in Marvel tels que Thor (Chris Hemsworth), Hulk (Mark Ruffalo) ou encore Captain America (Chris Evans).

Elle quitte son armure de super-héroïne pour jouer la fille prude et romantique dans Don Jon, le premier long-métrage de Joseph-Gordon Levitt qui en tombe amoureux transit. Sa voix suave et sexy porte ensuite la love story 2.0 Her de Spike Jonze. Un rôle à contre-emploi puisque l'actrice, qui reçoit des mains de Quentin Tarantino un César d'honneur lors de la 39ème Nuit des César, n'apparaît jamais en chair et en os à l'écran.

On la voit ensuite dans les suites du plus patriotique des super-héros avec Captain America, Le soldat de l'hiver (2014) et Captain America : Civil War (2016) où elle renfile le costume de La Veuve noire. En 2014, Luc Besson revient à ses premiers amours, la science-fiction, et fait appel à l'actrice pour jouer le rôle-titre de Lucy où elle incarne une étudiante perdant peu à peu le contrôle sur ses capacités intellectuelles disproportionnées. Toujours dans le registre de la science-fiction et de l'action, Scarlett Johansson incarne le rôle principal de Ghost in the Shell, l'adaptation du célèbre manga japonais par Rupert Sanders dont la sortie est prévue pour 2017.

Bien occupée par le MCU, la native de New York joue à nouveau Natasha Romanoff alias Black Widow dans Avengers: Infinity War, Avengers: Endgame et Black Widow qui lui est exclusivement consacré. Parallèlement, l'actrice s'illustre dans les originaux Marriage Story de Noah Baumbach et Jojo Rabbit de Taika Waititi, et prête sa voix à des personnages du Livre de la jungle et L'Île aux chiens.