Народилася 15 квітня 1990 року в Парижі в сім'ї адвокатки й адвоката Жаклін та Кріса Вотсонів. Названа Еммою на честь знайомої родини. Коли Еммі було 5 років, родина переїхала з Парижа до Англії, до графства Оксфордшир. Батьки розлучилися, й Емма стала жити з матір'ю та молодшим братом Алексом. Уже в 6 років вона вирішила, що стане акторкою[14].

1998 року вступила до початкової школи Дрейгон в Оксфорді. У школі виконала головні ролі у виставах «Юність Артура», «Щасливий принц» та роль злої куховарки в «Пригоди Аліси в Дивокраї». У 7 років посіла перше місце в шкільному конкурсі читців.

Коли Еммі виповнилося 9, керівник драмгуртка з її школи запропонував їй узяти участь у кастингу на роль Герміони у фільмі «Гаррі Поттер і філософський камінь». Емма виграла кастинг, відтоді її життя нерозривно пов'язалося з Гаррі Поттером.

2008 року закінчила Гідінґтонську школу для дівчат. Планувала надалі здобувати освіту в університеті, але вагалась у виборі факультету, хоч була не проти вивчати англійську та літературу. Того ж року закінчила літні курси акторської майстерності в Королівській академії театрального мистецтва в Лондоні.

У 2009 році вступила до Браунського університету. 25 травня 2014 року закінчила навчання з бакалаврським ступенем з англійської літератури. У 2014 році в інтерв’ю на Шоу Елен Дедженерес Вотсон повідомила, що їй знадобилося п’ять років, щоб здобути ступінь, а не чотири, тому що через акторську роботу вона додатково «взяла два повні семестри».