Emmy Rossum empezó su carrera en el teatro con siete años de edad, cuando fue elegida para unirse al Metropolitan Opera, en el Lincoln Center, como integrante del coro infantil. Se formó en arte teatral y técnica vocal clásica para cantar las partes infantiles de las representaciones que, con carácter regular, llevaba a cabo la compañía. En los cinco años posteriores, Rossum participó en más de veinte óperas diferentes, cantando en cinco idiomas distintos. Ha trabajado junto a las más grandes figuras de la ópera, como son los casos de Plácido Domingo, Denyce Graves, Angela Gheorghui y Dimitri Hvorostovsky.
En 1995, Rossum cantó en la primera producción del Metropolitan Opera de la obra de Tschaikovsky, "Queen of Spades", bajo la dirección de Elijah Moshinsky. En 1996, cantó en la nueva producción de Franco Zeffirelli de "Carmen", y en la producción dirigida por Tim Albery de "El sueño de una noche de verano" sobre el montaje de Benjamin Britten.

Durante esos años en el Met, Rossum cantaba a menudo en varias óperas cada semana, incluyendo "La Boheme", "Turandot", "Pagliacci", "Hansel y Gretel" y "Die Meistersinger von Nuremburg". En 1997 en el Carnegie Hall, se unió al Coro y Orquesta del Metropolitan Opera en una presentación de la obra de Berlioz, "La condenación de Fausto", dirigida por James Levine.
Rossum hizo su debut en la pequeña pantalla con siete años de edad en un papel periódico en el programa del horario diurno de la televisión americana, "As the world turns", que tantos años ha estado en antena. Posteriormente, sería artista invitada de las premiadas series "Ley y orden" y "The practice".

Su buen oído para los idiomas y los dialectos, que había desarrollado en el Met, se pudo comprobar en su interpretación de una Audrey Hepburn adolescente en la película para televisión, "Audrey"; un papel por el que recibió numerosos elogios de la crítica.

En enero de 2000, con trece años, Rossum hizo su debut en la gran pantalla como la huérfana de los Montes Apalaches Deladis Slocum en "Songcatcher". La película fue seleccionada a competición en la categoría de drama por el Festival de Cine de Sundance, donde ganaría el Gran Premio Especial del Jurado a la Interpretación Coral más Destacada. La voz de Rossum, cantando una balada de estilo escocés - irlandés, se podía oír en la película. Su interpretación como actriz le reportó un Independent Spirit Award en la categoría de Mejor Interpretación Novel. Tras ver un montaje inicial de la película, Dolly Parton se inspiró para escribir un dúo entre una madre y una hija el cual grabó con Rossum. Eso dúo, "When love is new", se publicó en la banda sonora de "Songcatcher".

Variety escogió a Rossum como "uno de los diez rostros a seguir" en el año 2000. Hizo un papel de reparto, dando la réplica a Sean Penn, Lawrence Fishburne, Kevin Bacon y Tim Robbins, en el drama dirigido por Clint Eastwood, "Mystic River"; un filme que ha obtenido varias nominaciones a los Oscars®, incluyendo la de Mejor Película, y ha ganado dos estatuillas en las personas de Penn y Robbins. El New York Times definió su interpretación como "epatante" y la eligió como una de las "Interpretaciones Destacadas" del 2003. El Times nombró a Rossum como una de las "seis actrices a seguir este otoño (y por mucho tiempo más)".

En septiembre de 2003, Rossum empezó la producción de la película que Joel Schumacher ha dirigido de la obra de Andrew Lloyd Webber, "El fantasma de la ópera". Actúa y canta el papel de Christine Daae, la joven cantante de ópera que se convierte en la obsesión amorosa de El Fantasma.

Rossum nació en la ciudad de Nueva York en 1986 y estudió en la Spence School hasta 1996, cuando empezó a estudiar desde casa con un tutor privado y apuntándose a los cursos ofrecidos por el Programa Educativo de la Universidad de Stanford para Jóvenes Superdotados (EPGY) y por el Centro de Desarrollo del Talento (CTD) de la Northwestern University. En la actualidad, estudia en la Universidad de Columbia.