Née le 6 juillet 1980 à Paris. Eva Green est le fille de l'actrice Marlène Jobert et du  chirurgien-dentiste, franco-suédois Walter Green qui a été occasionnellement acteur. Elle a une sœur jumelle dizygote (plus jeune de quelques minutes), Joy, qui est éleveuse de chevaux et mariée à Niccolò Marzichi Lenzi, producteur de chianti à Bolgheri, en Toscane, issu d'une famille de noblesse florentine. Du côté de son père, elle est l'arrière-petite-fille du compositeur français Paul Le Flem, l'arrière-petite-nièce du sénateur Pierre Even, l'arrière-petite-fille de la photographe suédoise Mia Green, la nièce de l’actrice Marika Green et du chef opérateur autrichien Christian Berger et, par sa mère, la cousine des actrices et chanteuses Elsa Lunghini et Joséphine Jobert. Elle a ainsi des origines suédoises et bretonnes par son père et des origines pieds-noires et juives séfarades par sa mère, née en Algérie française.