Эмили Дешанель родилась в семье кинооператора Калеба Дешанель и актрисы Мэри Джо Дешанель.
Имеет ирландско-французское происхождение.
Эмили — правнучка Поля Дешанеля, 11-го президента Франции.
Актриса Зои Дешанель — младшая сестра Эмили.
Окончила Бостонский университет по специальности «театральное искусство» со степенью бакалавра.