Скарлетт родилась 22 ноября 1984 года в Нью-Йорке. Мать занималась воспитанием четверых детей, отец работал архитектором. С детства Скарлетт наблюдала, как родители ссорятся, и это нанесло ей глубокую психологическую травму.
После развода родителей маленькая Скарлетт уехала в Лос-Анджелес вместе с мамой, но регулярно ездила в Нью-Йорк, где остался отец. В Лос-Анджелесе 8-летняя девочка начала свою актерскую карьеру, и даже в этом юном возрасте ее выдающиеся способности казались для многих кинематографистов очевидными.
В 8 лет она участвовала в театральной постановке «Софистика», где играла вместе с Итаном Хоуком.
В 9 лет впервые снялась в кино, в семейной комедии Роба Райнера «Норт». «Маленькая Скарлетт талантлива недетским талантом!» - восхищался ею известный режиссер.
В 12 лет Скарлетт получила первую главную роль в комедийной драме «Воришки», сыграв смышленую сиротку. Йоханссон номинировали на премию Independent Spirit Awards как лучшую исполнительницу женской роли. Через несколько «проходных» фильмов Скарлетт в 14 лет появляется в мелодраме Роберта Редфорда «Заклинатель лошадей».
Далеко за пределами США Скарлетт Йоханссон прославилась в 19 лет, когда сыграла главную роль в фильме Софии Копполы «Трудности перевода». Роль Шарлотты приносит ей ряд престижных наград, в том числе премию BAFTA, как лучшей актрисе. В том же 2003 году Скарлетт появляется на экранах в драме «Девушка с жемчужной серёжкой», где играет служанку голландского художника Яна Вермеера. И вновь номинируется на «Золотой глобус».
В 2008-м Йоханссон играет Марию Болейн в дуэте со своей подругой Натали Портман в исторической драме «Еще одна из рода Болейн». В это же время 24-летняя Скарлетт дебютирует как певица и как кинорежиссер. Ее первый альбом Anywhere I Lay My Head хорошо встречен музыкальными критиками, которые отмечают ее глубокий обворожительный тембр. А вот черно-белая короткометражка звезды для сборника новелл «Нью-Йорк, я люблю тебя» с треском проваливается, продюсеры ее отвергают.
На время Скарлетт оставляет режиссерское поприще. У нее много актерской работы.
В 2010 году она сыграла спецагента Наташу Романову в фильме «Железный человек 2», а в 2012-м появилась на экранах в кассовой комикс-экранизации «Мстители». Уже в 27 лет Скарлетт Йоханссон стала обладательницей Звезды на Голливудской аллее славы.
В 2019 году на фестивале комиксов Comic-Con в Сан-Диего актриса продемонстрировала помолвочное кольцо работы племянника знаменитого дизайнера Юбера де Живанши— Джеймса де Живанши.