Arterton oyunculuk kariyerine 2007 yılında St Trinian's filminde küçük bir rolle başladı. Quantum of Solace (2008), Prince of Persia:The Sands of Time (2010), Clash of the Titans (2010) ve Hansel &Gretel:Witch Hunters (2013) filmlerindeki rolleriyle tanındı.
Arterton sahnede de başarı elde etti. West End'deki ilk çıkışını 2008'de Malfi Düşesi oyunuyla yaptı. O zamandan beri The Little Dog Laughed (2010) ve Nell Gwynn (2016) dahil olmak üzere diğer birçok West End yapımında rol aldı.
Arterton, 2010 yılında BAFTA Yükselen Yıldız Ödülü'nü kazandı. Ayrıca iki Olivier Ödülü'ne aday gösterildi.
Arterton'un diğer önemli film çalışmaları arasında Tamara Drewe (2010), The Disappearance of Alice Creed (2009) ve They Finest (2016) yer alıyor.
Arterton, 2020 yılında Netflix filmi The King's Man'de rol aldı. Yakında vizyona girecek olan The Pale Blue Eye filminde başrol oynayacak.
Arterton, aktör Rory Keenan ile evli. Birlikte iki çocukları var.