Fille d'un entrepreneur en menuiserie, Emilie Dequenne prend dès l'âge de 8 ans des cours de comédie. Bachelière à 16 ans, elle suit des études de sciences politiques, tout en rêvant de cinéma et de théâtre.
Grâce à sa tante, qui a repéré l'annonce dans un journal, elle se rend au casting de Rosetta , un film de Luc et Jean-Pierre Dardenne.
Presque aussi déterminée que le personnage, elle décroche, face à 2 000 concurrentes, le rôle-titre, celui d'une jeune femme, mi-petit soldat mi-petit chaperon rouge, prête à tout pour obtenir puis conserver un emploi.
Sa performance lui vaut en 1999 un Prix d'interprétation - Palme d’Or au Festival de Cannes.