Eve har medvirket i tv-dramaer som BBC’s The Rotters’ Club, Agatha Christies Poirot og Hawking og medvirket i dramafilmen Stage Beauty (2004).
I 2006 medvirkede hun i to komediefilm: Starter for 10 og Big Nothing (hvor hun og medspilleren Simon Pegg tog amerikanske accenter på). Hun tilbragte den første del af 2006 i Indien med at arbejde på drama-miniserien Losing Gemma om backpackere.
På scenen har Eve medvirket i to stykker instrueret af Trevor Nunn. I 2006 spillede hun den unge Esme/Alice i Tom Stoppards nye teaterstykke Rock ‘n’ Roll på Royal Court Theatre, hvor hun senere genoptog sin rolle i 2007 i en Broadway-transmission. For denne præstation blev hun nomineret til prisen for bedste kvindelige birolle ved Whatsonstage.com Theatregoers’ Choice Awards.
I 2009 spillede hun Roxane i en opsætning af Cyrano de Bergerac på Chichester Festival Theatre.
I 2010 spillede Eve den kvindelige hovedrolle i den amerikanske romantiske komedie She’s Out of My League, hvor hendes forældre spiller rollerne som hendes karakteres forældre. Hun spillede også rollen som Erin, Charlottes irske barnepige, i Sex and the City 2.
I løbet af 2011 havde Eve en tilbagevendende gæsterolle i sæson 8 af HBO-serien Entourage, som Sophia, en journalist og Vincent Chases kærlighedsinteresse. I 2011 portrætterede Eve også Hollywood-skuespillerinden Lara Tyler i den romantiske komedie The Decoy Bride. Eve er også kendt for sin rolle som Dr. Carol Marcus i Star Trek Into Darkness.
I 2012 spillede hun den yngre 1969-version af Agent O i sci-fi-komedien Men in Black 3, hvor den ældre version blev spillet af Emma Thompson.
Eve deltog i åbningssessionen på Consumer Electronics Show 2013. Hun optrådte i Paul McCartneys musikvideo “Queenie Eye” (2013); og i Rixtons musikvideo “Hotel Ceiling” (2015).
I 2013 spillede hun med i det romantiske drama Before We Go sammen med Chris Evans, som også instruerede filmen. Hun spillede sig selv i Hollywoodfilmen Night at the Museum: Secret of the Tomb (2014) og har siden medvirket i flere produktioner, bl.a. i actionthrilleren Criminal (2016).
I 2016 medvirkede hun i “Nosedive”, et afsnit af antologiserien Black Mirror. I december 2017 medvirkede Eve i Netflix’ Iron Fist som Mary Walker.