Formée à l’Institut national d’Art Dramatique australien de Sydney, Essie Davis mène un parcours théâtral sur les scènes australiennes et anglaises, et à Broadway. Elle est lauréate du Laurence Olivier Award de la meilleure comédienne dans un second rôle pour Un tramway nommé désir (2003). Essie Davis avait débuté au cinéma en 1993 dans des productions locales.
À la décennie suivante, elle est au casting de Matrix Reloaded et Matrix Revolutions des Wachowski (2003). On la remarque aussi la même année en épouse jalouse dans La jeune fille à la perle de Peter Webber, et en médecin dans Code 46 de Michael Winterbottom. Elle donne ensuite la réplique à Nicole Kidman et Hugh Jackman dans le drame romanesque Australia (2008) de Baz Luhrman. Entre-temps, Essie Davis a incarné l’héroïne du film d’horreur Isolation (2006) de Billy O’Brien, primé au Festival de Gérardmer.
Dans les années 2010, Essie Davis joue à nouveau des seconds rôles dans South Solitary (2010) de Shirley Barrett, Burning Man (2011) de Jonathan Teplitzky et Milla (2019) de Shannon Murphy. Et c’est encore dans un film d’horreur qu’elle est en tête de distribution avec Mister Babadook (2014) de Jennifer Kent. Le film lui vaut plusieurs distinctions dont le prix d’interprétation féminine au Festival du film fantastique d’Austin.
L’actrice est également sollicitée à la télévision, notamment pour la série Game of Thrones. Essie Davies qui est l’épouse du réalisateur Justin Kurzel depuis 2002, joue aussi dans ses films. On peut ainsi la voir au générique de Assassin’s Creed (2016), Le gang Kelly (2019) et Nitram (2021). Ce dernier long métrage est en compétition officielle au Festival de Cannes.