Eve tem aparecido em dramas de televisão como The Rotters’ Club da BBC, Poirot e Hawking de Agatha Christie e estrelou no drama Stage Beauty (2004).
Em 2006, ela estrelou em dois filmes de comédia: Starter para 10 e Big Nothing (no qual ela e o co-estrela Simon Pegg colocaram sotaques americanos). Ela passou a primeira parte de 2006 na Índia trabalhando na minissérie Losing Gemma sobre mochileiros.
No palco, Eve apareceu em duas peças dirigidas por Trevor Nunn. Em 2006, ela interpretou a jovem Esme/Alice na nova peça de Tom Stoppard Rock ‘n’ Roll, no Royal Court Theatre, mais tarde retomando seu papel para a transferência da Broadway de 2007. Para esta actuação, foi nomeada para o prémio de melhor actriz coadjuvante no Whatsonstage.com Theatregoers’ Choice Awards.
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Em 2009, ela interpretou Roxane numa produção de Cyrano de Bergerac no Chichester Festival Theatre.
Em 2010, Eve interpretou o papel principal feminino na comédia romântica americana She’s Out of My League, na qual seus pais interpretam os papéis dos pais de sua personagem. Ela também interpretou o papel de Erin, a babá irlandesa de Charlotte, em Sex and the City 2.
Durante 2011, Eve teve um papel convidado recorrente na temporada 8 da série HBO Entourage, como Sophia, jornalista e amante do interesse de Vincent Chase. Em 2011, Eve também retratou a atriz de Hollywood Lara Tyler na comédia romântica The Decoy Bride. Eve também é conhecida por seu papel da Dra. Carol Marcus em Star Trek Into Darkness.
Em 2012, ela interpretou a versão mais jovem de 1969 do Agent O na comédia de ficção científica Men in Black 3, a versão mais antiga sendo interpretada por Emma Thompson.
Eve participou da sessão de abertura do Consumer Electronics Show de 2013. Ela apareceu no videoclipe de Paul McCartney “Queenie Eye” (2013); e no videoclipe de Rixton “Hotel Ceiling” (2015).
Em 2013, ela co-estrelou o drama romântico Before We Go com Chris Evans, que também dirigiu o filme. Ela se interpretou no filme Noite de Hollywood no Museu: Segredo da Tumba (2014) e desde então estrelou em várias produções, incluindo o thriller de ação Criminal (2016).
Em 2016, apareceu em “Nosedive”, um episódio da série de antologia Black Mirror. Em dezembro de 2017, Eve juntou-se ao Punho de Ferro da Netflix como Mary Walker.