Son père, Karsten Johansson, est né au Danemark tandis que sa mère, Melanie Sloan, est issue d'une famille judéo-polonaise du Bronx. Elle est la petite-fille de l'écrivain Ejner Johansson. Elle a une sœur plus âgée, Vanessa, également actrice, un frère plus âgé, Adrian, un frère jumeau, Hunter, également acteur, et un demi-frère, Christian.

Elle est diplômée de la Professional Children's School de Manhattan en 2002.

Elle débute au théâtre à l'âge de huit ans aux côtés de Ethan Hawke dans Sophistry.

En 1998, elle reçoit le Young Star Award pour son rôle de Grace dans L'homme qui murmurait à l'oreille des chevaux.

Elle s'impose en 2003 dans deux rôles successifs : tout d'abord face à Bill Murray dans Lost in Translation de Sofia Coppola où sa demie-teinte gracieuse sert remarquablement le propos du film, puis aux côtés de Colin Firth dans La Jeune Fille à la perle, méticuleuse et respectueuse recréation du monde de Vermeer.

Cette notoriété est suffisante pour attirer l'attention de Woody Allen qui lui offre deux rôles confirmant son ascension.

Filmographie de Scarlett Johansson

1994 : L'Irrésistible North (North) de Rob Reiner
1995 : Juste Cause (Just Cause) d'Arne Glimcher
1996 : If Lucy Fell d'Eric Shaeffer
1996 : Manny & Lo de Lisa Krueger
1997 : Fall d'Eric Shaeffer
1997 : Maman, je m'occupe des méchants
1998 : L'Homme qui murmurait à l'oreille des chevaux
1999 : My Brother the Pig d'Erik Fleming
2000 : Ghost World de Terry Zwigoff
2001 : The Barber : l'homme qui n'était pas là
2001 : American Rhapsody (An American Rhapsody) d'Eva Gardos
2002 : Arac'Attack (Eight Legged Freaks) d'Ellory Elkayem
2003 : Lost in Translation de Sofia Coppola
2003 : La Jeune Fille à la perle
2004 : The Perfect Score
2004 : A Love Song For Bobby Long de Shainee Gabel
2004 : A Good Woman de Mike Barker
2004 : En bonne compagnie
2004 : Bob l'éponge le film
2005 : Match Point de Woody Allen
2005 : The Island de Michael Bay
2006 : The Black Dahlia de Brian De Palma
2006 : Scoop de Woody Allen