Актёрскому мастерству и танцам обучалась в драматической школе Bauer-Therond. Снималась в кино с 14 лет, но получила известность только 12 лет спустя, сыграв Жанну Эбютерн — подругу Амедео Модильяни в байопике «Монпарнас, 19». Многообещающую актрису заметил Федерико Феллини и пригласил её сниматься в свои эпохальные картины — «Сладкая жизнь» и «Восемь с половиной». В 1961 году исполнила главную роль в кинематографическом дебюте Жака Деми — музыкальном фильме «Лола».

Однако для миллионов зрителей по всему миру Анук Эме — в первую очередь, Женщина из фильма Клода Лелюша «Мужчина и женщина» (1966). За эту роль она была удостоена целого ряда наград, включая «Золотой глобус», и была номинирована на «Оскар» за лучшую женскую роль.

В 1969—1975 годах в кино не снималась.

С 1949 по 1978 гг. была четыре раза замужем: Эдуард Зэммерманн, Никос Папатакис, Пьерр Барух, английский актёр Альберт Финни. Экс-мачеха английского фолк-музыканта Саймона Финна.

В 1980 году игра Эме в итальянском фильме «Прыжок в пустоту» была отмечена призом Каннского фестиваля.

Журнал «Empire magazine» поместил её в топ «100 Sexiest Stars in film history» («100 самых сексуальных звезд в истории кинематографа»).