Arterton började sin skådespelarkarriär 2007 med en liten roll i filmen St Trinian's. Hon fick erkännande för sina roller i filmerna Quantum of Solace (2008), Prince of Persia:The Sands of Time (2010), Clash of the Titans (2010) och Hansel &Gretel:Witch Hunters (2013).
Arterton har också haft framgångar på scen. Hon gjorde sin West End-debut 2008 i pjäsen Hertiginnan av Malfi. Hon har sedan dess medverkat i flera andra West End-produktioner, inklusive The Little Dog Laughed (2010) och Nell Gwynn (2016).
2010 vann Arterton BAFTA Rising Star Award. Hon har också nominerats till två Olivier Awards.
Några av Artertons andra anmärkningsvärda filmkrediter inkluderar Tamara Drewe (2010), The Disappearance of Alice Creed (2009) och Their Finest (2016).
2020 spelade Arterton i Netflix-filmen The King's Man. Hon kommer att spela i den kommande filmen The Pale Blue Eye.
Arterton är gift med skådespelaren Rory Keenan. De har två barn tillsammans.