Eve was te zien in televisiedrama’s als The Rotters’ Club van de BBC, Agatha Christie’s Poirot en Hawking en speelde de hoofdrol in de dramafilm Stage Beauty (2004).
In 2006 speelde ze in twee komediefilms: Starter for 10 en Big Nothing (waarin zij en tegenspeler Simon Pegg Amerikaanse accenten aanzetten). Begin 2006 werkte ze in India aan de dramaserie Losing Gemma over rugzaktoeristen.
Op het toneel was Eve te zien in twee toneelstukken geregisseerd door Trevor Nunn. In 2006 speelde ze de jonge Esme/Alice in het nieuwe Tom Stoppard toneelstuk Rock ‘n’ Roll, in het Royal Court Theatre, later hernam ze haar rol voor de Broadway-transfer van 2007. Voor deze rol werd ze genomineerd voor de prijs voor de beste bijrol tijdens de Whatsonstage.com Theatregoers’ Choice Awards.
In 2009 speelde ze Roxane in een productie van Cyrano de Bergerac in het Chichester Festival Theatre.
In 2010 speelde Eve de vrouwelijke hoofdrol in de Amerikaanse romantische komedie She’s Out of My League, waarin haar ouders de rollen spelen van de ouders van haar personage. Ook speelde ze de rol van Erin, de Ierse nanny van Charlotte, in Sex and the City 2.
In 2011 had Eve een terugkerende gastrol in seizoen 8 van de HBO-serie Entourage, als Sophia, een journaliste en love interest voor Vincent Chase. In 2011 vertolkte Eve ook Hollywood actrice Lara Tyler in de romantische komedie The Decoy Bride. Eve is ook bekend van haar rol van Dr. Carol Marcus in Star Trek Into Darkness.
In 2012 speelde ze de jongere versie uit 1969 van Agent O in de sci-fi komedie Men in Black 3, de oudere versie werd gespeeld door Emma Thompson.
Eve nam deel aan de openingszitting van de 2013 Consumer Electronics Show. Ze verscheen in Paul McCartney’s muziekvideo “Queenie Eye” (2013); en in Rixton’s muziekvideo “Hotel Ceiling” (2015).
In 2013 speelde ze mee in het romantische drama Before We Go met Chris Evans, die de film ook regisseerde. Ze speelde zichzelf in de Hollywoodfilm Night at the Museum: Secret of the Tomb (2014) en speelde sindsdien in verschillende producties, waaronder de actiethriller Criminal (2016).
In 2016 verscheen ze in “Nosedive”, een aflevering van de anthologieserie Black Mirror. In december 2017 deed Eve mee aan Netflix’s Iron Fist als Mary Walker.