Джема Кристина Артъртън е родена в Грейвсенд, Кент, Англия, където е и израснала. Дъщеря е на Сали-Ан (Хийп), чистачка, и Бари Джей Артертън, заварчик. Братовчед на майка ѝ е певецът и автор на песни Ерик Гулдън.
Родителите ѝ се развеждат, когато тя е на пет години, и впоследствие Джема живее с по-малката си сестра и майка си. Родителите ѝ насърчават децата си да изследват творческите си способности. Сестрата на Джема, Хана, обича да пее, докато Джема избира актьорското майсторство. През тийнейджърските си години тя е част от театралните трупи "Маскарад" и "Мискин", като участва в постановките "Клането на Чивител" и "Пътеводна звезда". През 2004 г. печели награда за най-добра поддържаща актриса, което ѝ помага да спечели стипендия за обучение в Кралската академия за драматично изкуство (RADA).
По време на обучението си в RADA получава първата си професионална роля в Capturing Mary (2007 г.), режисиран от Стивън Поляков и с участието на Маги Смит. Джема завършва RADA през 2007 г. и получава първата си филмова роля в "Сейнт Триниън" (2007). Пробивната ѝ роля идва през 2008 г., когато се появява във филма за Джеймс Бонд Quantum of Solace (2008). През 2009 г. е носителка на наградата на Empire за най-добър новобранец. - И.И. превод