Deschanel je rođena u Los Angelesu. Kćer je kinomatografa Caleba Deschanela i glumice Mary Jo Deschanel. Svoju prvu ulogu imala je u filmu It Could Happen to You".

Godine 2005. dobiva ulogu forenzičarke u seriji Kosti" zajedno s Davidom Boreanazom. Najbolja prijateljica joj je Michaela Conlin, koja ima ulogu Angele Montenegro u istoimenoj seriji. Emily je kao dijete živjela u raznim državama, Italiji, Kanadi, Francuskoj, bivšoj Jugoslaviji, Engleskoj i Južnoj Africi. Kao djevojčica maštala je o tome da postane arhitektica.

Zanimljiva je informacija da je Deschanel seriju Kosti' snimala cijelo vrijeme trudnoće, a sina Henryja rodila je samo dva dana nakon odlaska sa seta. Emily je tijekom cijele trudnoće držala vegansku dijetu.

Nakon tri godine glumica je rodila i drugog sina. Ova trudnoća nije se skrivala u seriji. Sin Henry često je s njom bio na snimanju. Velika je obožavateljica glumice Parker Posey.

Forezničarku, koja pomoću kostiju riješava misteriozne zločine, gledajte večeras u 20:20 na RTL 2.