Carey Mulligan nasceu em Londres em 1985, mas passou boa parte da infância na Alemanha. Aos seis anos, atuou em um musical para o teatro da escola e começou a ter interesse pelo universo da arte. De volta à Inglaterra, com oito anos, ela estuda artes cênicas no colégio Woldingham e vê sua paixão crescer.

Aos 18 anos, fez sua estreia na sétima arte ao ser selecionada pelo diretor Joe Wright para atuar em Orgulho e Preconceito (2005), versão para as telonas da obra de Jane Austen. Ela interpretou uma das cinco irmãs Bennet na história, contracenando com Keira Knightley, Jena Malone, Rosamund Pike e Talulah Riley.

O papel em Orgulho e Preconceito foi bem discreto, mas não é todo mundo que tem como filme de estreia uma produção de tão grande expressão. Nos anos seguintes, realizou alguns trabalhos na televisão, como as séries Bleak House e The Amazing Mrs Pritchard, e o telefilme O Mistério de Sittaford. Em 2007, atua ao lado de Jim Broadbent e Colin Firth no drama Quando Você Viu Seu Pai Pela Última Vez?.

A atriz teve 2009 como o ano chave em sua trajetória. Participou de três importantes produções: foi amiga de Natalie Portman em Entre Irmãos; chamou a atenção de Johnny Depp em Inimigos Públicos; e encantou muita gente com sua atuação em Educação. Ela recebeu uma indicação ao Oscar por este último papel, mas acabou derrotada por Sandra Bullock (Um Sonho Possível). Mesmo assim, o longa foi o suficiente para mostrar que estava no mundo do cinema para ficar.

Em 2010, volta a ter três papéis de destaque com Não Me Abandone Jamais, Em Busca de uma Nova Chance e Wall Street - O Dinheiro Nunca Dorme, quando conheceu o ator Shia LaBeouf e dá início a um relacionamento que durou mais de um ano. Passou a ser convocada por grandes diretores como Steve McQueen (Shame), Baz Luhrmann (O Grande Gatsby) e os irmãos Coen (Inside Llewyn Davis).

Em meio a toda nova badalação, foi chamada pelo desconhecido dinamarquês Nicolas Winding Refn para estrelar o intenso Drive, premiado em Cannes em 2011. Carey Mulligan atua ao lado de Ryan Gosling, Bryan Cranston e Albert Brooks na produção.

Em 2015, estrela filmes de sucesso, como Longe Deste Insensato Mundo, ao lado de Tom Sturridge e Michael Sheen. Mais tarde naquele ano, esteve ao lado de Helena Bonham Carter e Meryl Streep em As Sufragistas. 

Dois anos depois foi para a Netflix, entrando para o elenco de Mudbound - Lágrimas sobre o Mississippi, o longa recebeu 97% de aprovação do Rotten Tomatoes e ainda foi nomeado à quatro categorias no Oscar. No ano seguinte estrelou ao lado de Jake Gyllenhal em Vida Selvagem, que teve sua estreia no Festival de Cannes daquele ano. Sua atuação lhe rendeu um Independent Spirit Award de Melhor Atriz.

Em 2020, a atriz protagonizou Bela Vingança, ao lado de Bo Burnham e Alison Brie. O longa estreou durante o Festival de Sundance e Carey foi nomeada pela segunda vez a Melhor Atriz no Oscar. No ano seguinte, substituiu Nicole Kidman em The Dig, filme da Netflix. 

Em 2022, atuou ao lado de Zoe Kazan em Ela Disse, baseado no livro homônimo de Maria Schrader que trata de duas repórteres que mostraram ao mundo os casos de assédio e escândalos de Harvey Weinstein. A atriz recebeu um Globo de Ouro de Melhor Atriz Coadjuvante.

Em 2023, a atriz se prepara para lançar dois projetos. Um deles é com Bradley Cooper, uma biografia do maestro Leonard Bernstein, intitulado Maestro. Já outro é com Adam Sandler em Spaceman of Bohemia, para a Netflix.