Emily Deschanel urodziła się 11 października 1976 w Los Angeles (Kalifornia, USA). Jej ojcem jest operator filmowy, 
Caleb Deschanel, a matką aktorka, 
Mary Jo Deschanel. Ma też młodszą siostrę, 
Zooey. Emily jest absolwentką Boston University's Professional Actors Training Program. Zadebiutowała w 1994 w komedii "
Dwa miliony dolarów napiwku". Potem na kilka lat zniknęła z ekranu. Po 2000 roku wystąpiła we "
Wzgórzu nadziei", "
Spider-Manie 2", "
Boogeymanie" czy "
Bez mojej zgody". W 2005 otrzymała jedną z głównych ról w serialu kryminalnym "
Kości", w którym grała przez dwanaście sezonów (nominacje do Teen Choice i People's Choice). Postać dr Temperance "Kości" Brennan pojawiła się także w jednym z odcinków "
Jeźdźca bez głowy". W 2015 roku Deschanel i jej partner z produkcji "
Kości", 
David Boreanaz, oskarżyli stację Fox o to, że zostali oszukani, co do udziału w zyskach z serialu. Cztery lata później doszło do ugody.  
Prywatnie od 2010 roku mężem Deschanel jest filmowiec 
David Hornsby, z którym ma dwóch synów. Aktorka jest zaangażowana w ochronę praw zwierząt - współpracowała z organizacją PETA i jest członkinią Farm Sanctuary (amerykańska organizacja ochrony praw zwierząt, pierwsze w Ameryce schronisko zwierząt hodowlanych).