Eva Green es hija de la actriz francesa (nacida en Argelia y de ascendencia judía) Marlène Jobert y Walter Green, un dentista sueco-francés. Tiene una hermana melliza, Joy (Johanne) que nació dos minutos más tarde que ella. Estudió en una escuela de habla inglesa, donde era conocida por ser una chica reservada, pero eso no impidió que desarrollase un interés por la egiptología cuando visitó el Museo Louvre a la edad de siete años.

Aspiró a ser actriz a los catorce años cuando vio a Isabelle Adjani en L’Histoire d’Adèle H. Al principio su madre no aceptó la idea de que se convirtiera en actriz pero al final la apoyó en sus ambiciones.