Arterton rozpoczęła karierę aktorską w 2007 roku od małej roli w filmie St Trinian's. Uznanie zyskała dzięki rolom w filmach Quantum of Solace (2008), Prince of Persia:Piaski czasu (2010), Starcie tytanów (2010) oraz Jaś i Małgosia:Łowcy czarownic (2013).
Arterton odnosił także sukcesy na scenie. Zadebiutowała na West Endzie w 2008 roku w sztuce Księżna Malfi. Od tego czasu pojawiła się w kilku innych produkcjach na West Endzie, w tym w The Little Dog Laughed (2010) i Nell Gwynn (2016).
W 2010 roku Arterton zdobył nagrodę BAFTA dla wschodzącej gwiazdy. Była także nominowana do dwóch nagród Oliviera.
Inne znaczące filmy Artertona to:Tamara Drewe (2010), Zniknięcie Alice Creed (2009) i Ich Finest (2016).
W 2020 roku Arterton zagrał w filmie Netflix The King's Man . Zagra w nadchodzącym filmie The Pale Blue Eye.
Arterton jest żoną aktora Rory'ego Keenana. Mają razem dwójkę dzieci.