גרין נולדה בפריז שבצרפת. אמה מרלן ז'ובר (אנ') היא שחקנית יהודיה צרפתית ילידת אלג'יריה, ממשפחה עם רקע פייה-נואריהודי-ספרדי.[1] אביה וולטר גרין הוא רופא שיניים ממשפחה נוצרית ממוצא שוודי וצרפתי. גרין הגדירה את עצמה גם כ"יהודייה חילונית שמעולם לא-ביקרה בבית כנסת כילדה".[2] היא טענה בעבר ש"אני מרגישה כמו אזרחית העולם. לקולנוע ולחיים אין גבולות". לה אחות-תאומה לא-זהה שנולדה שתי דקות אחריה, ג'וי (ג'והאן). את ילדותה העבירה ברובע השבעה-עשר של פריז. גרין מגדירה את משפחתה כבורגנים, וטענה שאחותה שונה ממנה מאוד.
גרין התחנכה בצרפת ולמדה באוניברסיטה האמריקאית בפריז, מוסד דובר-אנגלית. העבירה חלק מזמנה גם באנגליה ובאירלנד. גרין הייתה תלמידה שקטה, וכילדה פיתחה התעניינות באגיפטולוגיה לאחר שביקרה במוזיאון הלובר בגיל 7. כשהייתה בת 14, לאחר שראתה את איזבל אג'אני בסרט "סיפורה של אדל ה.", החליטה שהיא רוצה להיות שחקנית. בתחילה חששה אמהּ שמא קריירת משחק תהיה יותר מדי בשביל בתה הרגישה, אך בהמשך היא החלה לתמוך בשאיפה זו של גרין. בגיל 17 נרשמה לשלוש שנות לימודים בבית הספר לדרמה ע"ש סיינט פול בפריז. היא הצהירה שבהפקות בית הספר "תמיד בחרתי את התפקידים המרושעים באמת. זוהי דרך מצוינת להתמודד עם הרגשות היומיומיים שלך".
קריירה
משחק
לאחר לימודי הדרמה, גרין החלה לשחק על הבמות בפריז, ואף הייתה מועמדת לפרס מולייר על הופעתה בהצגת התיאטרון "Jalousie en Trois Fax" ב-2001. ב-2002 הופיעה גם בהצגה "Turcaret".
לאחר מכן, הבמאי ברנרדו ברטולוצ'י גילה את גרין, והחליט ללהק אותה לככב בסרטו "החולמים" שיצא לאקרנים ב-2003. בראיון הוא תיאר אותה כ"כל כך יפה, שזה לא הוגן". גרין הסכימה להצעתו של ברטולוצ'י, למרות ההתנגדות הראשונית של הוריה. בסרט השתתפה בסצינות עירום רבות, וטענה בראיון שהרגישה טבעית על הסט, אך הייתה נבוכה כאשר הוריה ראו את הסרט. הופעתה קיבלה ביקורות טובות, חלקן השוו אותה לשחקנית האמריקאית ליב טיילר. גרין הביעה פליאה, כאשר דקה מהסרט נחתכה בעבור השוק האמריקאי, ואמרה כי "יש כל כך הרבה אלימות, הן ברחובות והן על המסך....אני חושבת שסקס מפחיד אותם".
הסרט הבא בו השתתפה היה ארסן לופן ב-2004, וגרין גילמה בו את מושא אהבתו של לופן. לטענתה נהנתה מהתפקיד, אף על פי שהיא מעדיפה בדרך כלל לגלם דמויות מורכבות יותר.
הופעתה ב"החולמים" שכנעה את רידלי סקוט ללהק אותה לסרטו "ממלכת גן עדן" שיצא ב-2005, סרט על מסעי הצלב, בו גרין מגלמת את סיבילה, מלכת ירושלים. אמנם זכתה בזכות תפקיד זה להכרה בינלאומית, אך לאכזבתה, הרבה מזמן המסך שלה נחתך בעריכה. סטפני זקרק כתבת באתר Salon שיבחה את הופעתה: "היא לא ממש ידעה מה לעשות עם הדיאלוג המאולץ של הדמות שלה, אך היא כל כך מלכותית שאתה בקושי מבחין". נב פירס מה-BBC כינה את הדמות שלה "צולעת". גרין הייתה מרוצה כשהמורכבות של דמותה שוחזרה בגרסת הבמאי.
ב-2007 גרין הייתה מהמתמודדות המובילות לתפקיד הראשי בסרט "סוד". מי שנבחרה בסוף לתפקיד היא ססיל דה פראנס. באותה שנה, גרין שיחקה את המכשפה סרפינה פקלה בחידוש לספר "מצפן הזהב", בו כיכב גם דניאל קרייג שכיכב לצדה קודם ב"קזינו רויאל", אך השניים לא הופיעו באותן סצנות.
ב-2009 הופיעה בסרט "פרנקלין" בו גרין גילמה את דמותה של אמיליה, אישה סכיזופרנית בעלת הפרעת זהות דיסוציאטיבית. בנוסף באותה שנה, שיחקה בסרט "קרעים" בתור גברת ג'י, מורה מסתורית שמלמדת בבית-ספר לבנות ומתאהבת באחד מתלמידותיה. ב-2009 הייתה אמורה לקבל את התפקיד הראשי בסרטו השנוי במחלוקת של לארס פון טרייר, "אנטיכרייסט", אך לפי דבריו של טרייר, סוכניה של גרין סירבו שתיקח חלק בסרט. בסופו של דבר, שארלוט גינסבורג לוהקה לתפקיד במקומה.
ב-2010 הופיעה בסרט "רחם", בו היא משחקת אישה שמשבטת את בעלה המת. הסרט הוא שיתוף פעולה של הבמאי בנדרק פליגף והשחקן מאט סמית. ב-2011 גרין ככבה בעונה הראשונה של הסדרה "קמלוט" בתור המכשפה מורגן לה פיי. גרין הצהירה: "זה סיפור כזה סמלי, ויש לך רק 10 פרקים לחקור את האופי של הדמות [...] יש לה אומץ". ב-2012 שיחקה גרין בתור אנג'ליק בוקארד בסרט של הבמאי טים ברטון "צללים אפלים" לצד ג'וני דפ ואחרים. ב-2013 כיכבה ב"300: עליית האימפריה" בבימויו של נועם מורו הישראלי, סרט ההמשך לשובר הקופות "300", בעליית האימפריה גילמה את דמותה של ארטמיסיה המצביאה חסרת-הרחמים וצמאת-הדם של הלוחמים הפרסים.
במקביל לקריירת המשחק שלה, גרין דגמנה לחברות "Breil", "Emporio Armani", "Lancôme", "היינקן", ולבושם "Midnight Poison" מבית "כריסטיאן דיור".
ב-2007 גרין נבחרה במקום השישי במגזין "אמפייר" בדירוג כוכבות הקולנוע הסקסיות בכל הזמנים, במגזין זה דורגה גם הדמות שגילמה בסרט "קזינו רויאל" במקום התשיעי ברשימת הדמויות הסקסיות בהיסטוריה של הקולנוע.
ב-2012 המגזין הצפון-אמריקאי "Shalom Life" בחר את גרין למקום השני בדירוג "50 הנשים היהודיות המוכשרות, האינטליגנטיות, המצחיקות והיפהפיות ביותר", מעל השחקנית האמריקאית דיאנה אגרון, והישראליות בר רפאלי וגל גדות.
חיים אישיים
גרין מחשיבה עצמה לחנונית,[4] "כשאנשים פוגשים בי לראשונה הם סבורים שאני קרה... אני נשארת בדיסטנס, ואני חושבת שזו הסיבה שאני נמשכת כל-כך למשחק". גרין מתגוררת לבדה. היא טוענת שהיא חיה חיים מאופקים, ובראיון פירטה "אנשים יופתעו לגלות שאני טיפוס של בית. אני לא אוהבת לצאת למועדונים או מסיבות פרועות. אחרי יום צילומים, אני אוהבת לחזור הביתה ולהרגע מול האח עם כוס יין וספר. משעמם, הא?"[5]