6 Temmuz 1980 tarihinde Fransız Marlène Jobert ile İsveçli Walter Green'in ikiz kızlarından biri olarak Paris'te dünyaya geldi. Annesi Marlene Jobert oyuncu olup, babası Walter Green ise diş hekimidir. Annesi Fransız Cezayiri kökenli bir Yahudi olan Green'in babası da İsveç-Fransız kökenlidir. Teyzesi oyuncu Marika Green'dir. Ayrıca kuzeni 1980'lerin pop yıldızı Elsa Lunghini'dir.
Fransa'da büyüyen Green, Paris Amerikan Üniversitesi'nde eğitimini tamamladı. Küçüklüğünde Ejiptoloji ile ilgilendi. 14 yaşında Isabelle Adjani'nin The Story of Adele H. filmindeki performansını görünce oyuncu olmaya karar verdi. Eğitimine Paris'teki St. Paul Drama Okulu ve Londra'da oyunculuk dersi aldığı Webber Douglas Dramatik Sanatlar Akademisi ile devam etti. 2001 yılında performansıyla Molière Ödülü'ne aday gösterildiği Jalousie en Trois Fax adlı oyunda yer aldı.
Sinemadaki ilk görünümünü 2003 yılında vizyona giren Bernardo Bertolucci'nin yönettiği Düşler, Tutkular ve Suçlar filmi ile gerçekleştirdi. Bu filmle birlikte kariyerinde yükselişe geçmeye başlamıştır. Casino Royale filmiyle BAFTA Yükselen Yıldız Ödülü'nü kazandı. Ayrıca Penny Dreadful dizisindeki performansıyla Drama Dalında En İyi Kadın Oyuncu Altın Küre Ödülü (TV) dahil birçok ödüle aday gösterildi.
