Arterton je svoju glumačku karijeru započela 2007. malom ulogom u filmu St Trinian's. Prepoznatljivost je stekla ulogama u filmovima Kvantum utjehe (2008.), Perzijski princ:Pijesak vremena (2010.), Sudar Titana (2010.) i Hansel &Gretel:Lovci na vještice (2013.).
Arterton je također imao uspjeha na pozornici. Na West Endu je debitirala 2008. u predstavi The Duchess of Malfi. Od tada se pojavila u nekoliko drugih produkcija West Enda, uključujući The Little Dog Laughed (2010.) i Nell Gwynn (2016.).
Godine 2010. Arterton je osvojio nagradu BAFTA Rising Star. Također je nominirana za dvije nagrade Olivier.
Neki od Artertonovih drugih značajnih filmskih ostvarenja uključuju Tamaru Drewe (2010.), Nestanak Alice Creed (2009.) i Their Finest (2016.).
Godine 2020. Arterton je glumila u Netflixovom filmu The King's Man. Ona bi trebala glumiti u nadolazećem filmu The Pale Blue Eye.
Arterton je udana za glumca Roryja Keenana. Imaju dvoje djece zajedno.