Noomi Rapace, de son vrai nom Noomi Noren, connaît une enfance mouvementée. Son père étant très peu présent, elle quitte la Suède pour l'Islande avec sa mère et son beau-père. Cette dernière, l'actrice Nina Norén, l'aide à décrocher un petit rôle muet dans la comédie Í skugga hrafnsins alors qu'elle n'a que sept ans.
La jeune actrice doit malgré tout attendre près de 10 ans pour apparaître sur le petit écran, dans la série télévisée Tre kronor en 1996, avant de décrocher un rôle dans Sanning eller konsekvens de Christina Olofson. Différents petits rôles lui permettent de s'affirmer comme une valeur sûre du cinéma suédois avant de décrocher le rôle titre de Daisy diamond en 2007, qui l'impose au niveau national.
A partir de 2009, sa carrière s'envole grâce à son interprétation de la dure hackeuse Lisbeth Salander dans l'adaptation cinématographique de la trilogie Millénium de Stieg Larsson, ainsi que dans sa version télévisée.
