Tras compaginar los estudios de arte dramático y periodismo, se hace popular gracias a la conocida serie de televisión Al salir de clase.

Da el salto a la gran pantalla con la película Clara de Antonio Cuadri y Tatawo de Jo Sol. Comienza una relación sentimental con el motociclista Fonsi Nieto, sobrino de Ángel Nieto.

Después del éxito cosechado conEl arte de morir (2000) que co-protagonizó junto a jóvenes promesas del cine español, le llueven las ofertas para trabajar en la gran pantalla. Sin noticias de Dios de Agustín Díaz Yanes o Noche de Reyes de Miguel Bardem son alguno de los títulos.

Pone punto y final a su relación con el piloto Fonsi Nieto y comienza un polémico noviazgo con el actor y cómico francés Michaël Youn.

Aparte de su carrera como actriz, Elsa Pataky es consciente de su proyección y acepta convertirse en imagen de numerosas marcas comerciales. Si desde el año 2000 la madrileña es la imagen de Nestlé, cinco años después se convierte en la elegida para anunciar la Guía Campsa 2005. Año de éxitos para la madrileña, ya que gracias a su papel de protagonista en la versión cinematográfica de Ninette de Miguel Mihura, dirigida por José Luis Garci, obtuvo buenas críticas por su interpretación.

Da el salto a Hollywood con el estreno de la película Serpientes en el avión protagonizada por Samuel L. Jackson y comienza una relación sentimental, tras romper con Michaël Youn, con el oscarizado actor Adrien Broody.

Acostumbrada a posar ligera de ropa para publicaciones nacionales e internacionales sobre tendencias y moda, la actriz sufre un percance con la revista Interviú, que la fotografía con el pecho al descubierto mientras posaba para la revista Elle. Finalmente, el Grupo Zeta, propietario de la revista Interviú, fue condenado por el juzgado mercantil número 2 de Barcelona a indemnizar a la revista Elle.

Estrena la película Santos, una película romántica sobre el fin del mundo. Entre los compañeros de reparto de Elsa se encuentran Guillermo Toledo, Javier Gutiérrez y Leonardo Sbaraglia.

Comienza el rodaje de la película de Bigas Luna DD en Hollywood, en la que interpreta a una actriz latina que triunfa en Hollywood. Entre otros proyectos de la española se encuentra una importante intervención en la película El Capitán Trueno, donde será Sigrid. Unas fotografías con Olivier Martínez, ex de Kylie Minogue y Goya Toledo, en París, donde ambos aparecen muy acaramelados, desatan los rumores de ruptura entre la madrileña y Broody. Los protagonistas de esta supuesta historia de amor dan la callada por respuesta aunque, en ocasiones, una imagen vale más que mil palabras…