Arterton začala svoju hereckú kariéru v roku 2007 malou úlohou vo filme St Trinian's. Uznanie získala vďaka úlohám vo filmoch Quantum of Solace (2008), Prince of Persia:The Sands of Time (2010), Súboj titanov (2010) a Hansel &Gretel:Witch Hunters (2013).
Arterton zaznamenal úspech aj na pódiu. Vo West Ende debutovala v roku 2008 v hre Vojvodkyňa z Malfi. Odvtedy sa objavila v niekoľkých ďalších produkciách West Endu, vrátane The Little Dog Laughed (2010) a Nell Gwynn (2016).
V roku 2010 Arterton vyhral cenu BAFTA Rising Star Award. Bola tiež nominovaná na dve ceny Olivier.
Medzi ďalšie významné Artertonove filmové počiny patrí Tamara Drewe (2010), The Disappearance of Alice Creed (2009) a Their Finest (2016).
V roku 2020 si Arterton zahral vo filme Netflix The King's Man. Má hrať v pripravovanom filme The Pale Blue Eye.
Arterton je ženatý s hercom Rorym Keenanom. Majú spolu dve deti.