Η Άρτερτον ξεκίνησε την καριέρα της ως ηθοποιός το 2007 με έναν μικρό ρόλο στην ταινία St Trinian's. Κέρδισε την αναγνώριση για τους ρόλους της στις ταινίες Quantum of Solace (2008), Prince of Persia:The Sands of Time (2010), Clash of the Titans (2010) και Hansel &Gretel:Witch Hunters (2013).
Ο Άρτερτον είχε επίσης επιτυχία στη σκηνή. Έκανε το ντεμπούτο της στο West End το 2008 στο έργο Η Δούκισσα του Μάλφι. Έκτοτε εμφανίστηκε σε πολλές άλλες παραγωγές του West End, όπως το The Little Dog Laughed (2010) και η Nell Gwynn (2016).
Το 2010, ο Άρτερτον κέρδισε το βραβείο BAFTA Rising Star Award. Έχει επίσης προταθεί για δύο βραβεία Olivier.
Μερικές από τις άλλες αξιοσημείωτες ταινίες του Άρτερτον περιλαμβάνουν τα Tamara Drewe (2010), The Disappearance of Alice Creed (2009) και Their Finest (2016).
Το 2020, ο Άρτερτον πρωταγωνίστησε στην ταινία του Netflix The King's Man. Πρόκειται να πρωταγωνιστήσει στην επερχόμενη ταινία The Pale Blue Eye.
Ο Άρτερτον είναι παντρεμένος με τον ηθοποιό Rory Keenan. Έχουν μαζί δύο παιδιά.