Arterton začala svou hereckou kariéru v roce 2007 malou rolí ve filmu St Trinian's. Uznání získala za role ve filmech Quantum of Solace (2008), Prince of Persia:The Sands of Time (2010), Souboj titánů (2010) a Jeníček a Mařenka:Lovci čarodějnic (2013).
Arterton má také úspěch na jevišti. Na West Endu debutovala v roce 2008 ve hře Vévodkyně z Malfi. Od té doby se objevila v několika dalších produkcích West Endu, včetně The Little Dog Laughed (2010) a Nell Gwynn (2016).
V roce 2010 Arterton vyhrál cenu BAFTA Rising Star Award. Byla také nominována na dvě ceny Olivier.
Mezi další významné Artertonovy filmové počiny patří Tamara Drewe (2010), The Disappearance of Alice Creed (2009) a Their Finest (2016).
V roce 2020, Arterton hrál ve filmu Netflix The King's Man. Má hrát v připravovaném filmu The Pale Blue Eye.
Arterton je ženatý s hercem Rorym Keenanem. Mají spolu dvě děti.