Alice Sophia Eve nasce a Londra nel febbraio del 1982, figlia di due attori, Trevor Eve e Sharon Maughan. Studia in patria, ma in un anno sabbatico dagli studi frequenta la Beverly Hills Playhouse: ha già deciso di seguire le orme dei genitori e tornata in Inghilterra calca vari palcoscenici mentre studia letteratura inglese a Oxford. La sua carriera audiovisiva inizia nei primi anni Duemila, quando appare in piccoli ruoli televisivi (anche in un episodio del Poirot con David Suchet) e al cinema in Stage Beauty (2004), ma è tra i primi nomi accreditati solo al fianco di James McAvoy in Il quiz dell'amore (2007). E' un'Australiana, che entra negli States illegalmente sognando la gloria d'attrice, in Crossing Over (2009); nel 2010 è al fianco di Jay Baruchel nella commedia Lei è troppo per me, dove i suoi genitori interpretano proprio i genitori del suo personaggio. Continua a frequentare la commedia romantica con Una sposa in affitto (2011), prima di apparire a Hollywood in Men in Black 3 (2012), aprendosi la strada al ruolo di Carol Marcus in Into Darkness – Star Trek. Ultimamente si è vista nel noir Fredda è la notte (2013) con Bryan Cranston, in Notte al museo 3 – Il segreto del Faraone (2014) e in un altro noir, Criminal (2016) con Kevin Costner, Gary Oldman e Tommy Lee Jones. In tv la si è vista in quattro episodi di Entourage (2011) e uno di Black Mirror nel 2016.