Née en Angleterre, c'est pourtant en Andalousie que grandit Florence Pugh. De retour avec sa famille à Oxford lorsqu'elle avait 11 ans, elle commence la comédie dans les pièces de théâtre de son école. Elle fait ses débuts en 2014 aux côtés de Maisie Williams dans le drame The Falling.

Son talent lui permet d'être vite repérée : trois ans plus tard, elle tient le premier rôle de The Young Lady. Ce drame en costumes, sous ses airs d'oeuvre romantique victorienne, s'avère être un récit glaçant sur l'émancipation féminine. Florence Pugh, qui donne chair à une héroïne singulière et cruelle, impressionne. Le film lui vaut ses premières nominations à diverses cérémonies telles que les London Critics Circle Film Awards, les Empire Awards et les European Film Awards.

Elle poursuit dans le film en costumes avec Outlaw King : Le roi hors-la-loi puis apparaît dans la série d'espionnage The Little Drummer Girl réalisée par Park Chan-Wook. Adaptée d'un des best-sellers de John Le Carré, cette mini-série située dans les années 70 repose sur les épaules de Pugh, qui donne la réplique à Alexander Skarsgård. Elle s'illustre ensuite dans un registre contemporain grâce à la comédie musclée Une famille sur le ring où elle joue une catcheuse. En 2019, elle est choisie par Ari Aster pour tenir le rôle principal de Midsommar. À l'instar de Toni Collette dans Hérédité, Florence Pugh livre, dans un rôle exigeant, une performance brillante saluée par la critique. L'actrice est ensuite à l'affiche de deux projets attendus mais radicalement opposés : Les Filles du Docteur March (2020) et Black Widow (2021). Le premier est réalisé par Greta Gerwig. Elle y côtoie un casting 4 étoiles : Saoirse Ronan, Emma Watson, Meryl Streep et Timothée Chalamet. Dans le second, elle rejoint le Marvel Cinematic Universe dans le premier film centré sur la membre des Avengers jouée par Scarlett Johansson.

Florence incarne en 2022 l'héroïne de l'inquiétant thriller Don't Worry Darling d'Olivia Wilde, et celle de la comédie dramatique de Zach Braff A Good Person l'année suivante. Décidément très demandée dans des films à la fois ambitieux et brillants, elle intègre les castings de Oppenheimer (2023) et Dune, deuxième partie (2024).