Esther Garrel es miembro de una de las más ilustres familias de cineastas de Francia: su hermano es el actor y director Louis Garrel (Soñadores de Bertolucci), sus padres son el guionista y director Philippe Garrel y la actriz, guionista y directora Brigitte Sy. Su abuelo fue el actor Maurice Garrel.

Garrel hizo su debut cinematográfico con 17 años en La Belle Personne de Christophe Honoré junto a Léa Seydoux. Después se formó en el Conservatorio de París y empezó a actuar en cortometrajes como Mes Copains en 2008, dirigida por su hermano Louis.

Garrel empezó a ser más conocida con su papel en Donde Están los Niños de Bertrand Bonello y en 17 Filles de Delphine y Muriel Coulin, donde ambas fueron presentadas en el Festival de Cine de Cannes de 2011. Más tarde participó en Camille Redouble de Noémie Lvovsky, Jeunesse de Justine Malle, L'Astragale de Brigitte Sy, La Jalousie de Philippe Garrel y Marguerite & Julien de Valérie Donzelli.

En 2017 protagonizará el nuevo largometraje de su padre Amante Por un Día, y la podremos ver en la producción franco-estadounidense Thirst Street, dirigida por Nathan Silver.