Emilia Lydia Rose Fox se narodila v anglické metropoli Londýně. Její rodiče - otec Edward i matka Joanna jsou oba herci. Emilia má bratra Eddieho a nevlastní sestru Lucy. Studovala na univerzitě v Oxfordu, v době studií chodila s Orlandem Wellsem.
V roce 2000 byla krátce zasnoubená s Vicem Reevesem, se kterým se seznámila, když společně natáčeli snímek RANDALL A HOPKIRK (DECEASED) – Emilia v tomto seriálu ztělesnila roli Jeannie. V roce 2003 se poprvé setkala se svým budoucím manželem Jaredem Harrisem. Seznámili se, když společně účinkovali v divadelním představení „Les Lisisons Dangereuses“. Emilia se za Jareda v červenci roku 2005 provdala, ale pár v roce 2008 oznámil, že se rozchází a v současné době jsou manželé v rozvodovém řízení. Emilia mluví plynně německy a francouzsky. V roce 2001 se vzdala pití a o rok později přestala i kouřit. Ve volném čase hraje na cello a na piano.