Naomie Harris nasce e cresce a Londra; sua madre Lisselle Kayla è originaria della Giamaica, mentre il padre del Trinidad. La coppia si separa quando Naomie è piccola e da quel momento la bambina vive con la madre. Dopo essersi laureata al Pembroke College con una laurea in scienze politiche e sociali, frequenta la Bristol Old Vic Theatre School.
Appare in televisione fin dall’età di nove anni, partecipando anche al remake della serie The Tomorrow People. Diventa celebre in tutto il mondo nel 2002 grazie alla sua interpretazione nel film di Danny Boyle 28 giorni dopo. Lo stesso anno è nell’adattamento televisivo di White Teeth.
Da quel momento prende parte come personaggio secondario a molti film di successo, come Pirati dei Caraibi – La maledizione del forziere fantasma, Pirati dei Caraibi – Ai confini del mondo (nel ruolo di Tia Dalma, la dea Calypso) e Miami Vice di Michael Mann. In televisione, è nel film di Channel 4 Poppy Shakespeare nel 2008 e in Small Island nel 2009. Recita poi in teatro nel ruolo di Elizabeth Lavenza in Frankenstein per il Royal National Theatre dal 22 febbraio al 2 maggio 2011.
Nel 2011 è la protagonista del film di Justin Chadwick The First Grader, presentato per la prima volta al pubblico il 18 maggio al Seattle International Film Festival, mentre nel 2012 diventa la nuova interprete di Eve Moneypenny in Skyfall, ventitreesimo film della saga dell’agente segreto James Bond.
