叶璇小学就读于原杭州朝晖四小小学（现为杭州市现代实验小学）。叶璇9岁时父母离异，10岁时便赴美求学，并由爷爷奶奶陪同前往。13岁时，叶璇的爷爷奶奶由于不适应国外的生活回到了中国，此时的叶璇向父亲提出独立居住。叶璇中学就读于美国纽约市的一所公立中学—约翰·杜威高中（John Dewey High School），在校时，叶璇主修生物和化学，1995年，叶璇获邀参加美国太阳升夏令营（Camp Rising Sun，CRS）；1998年，她参与导师研究的《电磁场和植物的关系》（Mung Beans and Magnetic Field）项目，由此获得英特尔国际科学与工程大奖赛植物学学科一等奖，奖品包括一等奖证书和三千美金。高中毕业时她被韦尔斯利大学“政治科学”专业录取。
1999年，叶璇代表美国纽约前往香港参加第11届国际华裔小姐竞选，并于同年2月14日成功摘得赛事冠军及最具古典美态奖。赛事结束后，叶璇返回美国继续大学学习，在此期间，国际华裔小姐竞选的主办单位TVB向她抛出了橄榄枝，邀请她加入TVB从事演艺类工作，叶璇在完成大学一年级的课程后肄业，于1999年下半年回到香港与TVB签约，正式进入演艺行业。
1999年，叶璇由邵逸夫钦点与无线电视台签约，正式进入演艺行业。该年叶璇拍摄了第一部电视剧《封神榜之爱子情深VS忠义乾坤》。
2000年，叶璇出演电视剧《庙街妈兄弟》和《美丽人生》。同年，叶璇还主演了央视与TVB合拍的电视剧《一网情深》。
2002年，叶璇在《再生缘》中饰演了灵气逼人的古代才女“孟丽君”。同年9月，叶璇参演的TVB的台庆剧《流金岁月》也在香港开始播出。同年12月，根据武侠作家梁羽生同名小说改编的电视剧《云海玉弓缘》在香港首播，叶璇饰演倔强深情的妖女“厉胜男”。
2003年，与郑少秋、叶童合作的电视剧《非常外父》在香港播出，同时，电视剧《冲上云霄》作为TVB该年的台庆剧也于10月27日在香港播出，叶璇在剧中饰演香港华人第一女机师“童希欣”。
2004年，叶璇接拍了由王晶监制的、两岸三地演员联合主演的古装武侠剧《天下第一》，该剧于2005年播出，在武汉电视台播出时，平均收视高达八个百分点以上，江西电视台一开播就从一般的五个百分点跃升到九个百分点。
2005年，根据《西厢记》改编的古装剧集《西厢奇缘》在香港首播，叶璇饰演崔莺莺。同年4月叶璇由陈道明推荐客串出演红色经典剧《沙家浜》，在片中饰演日本女特务“陈丽丽”。11月28日，叶璇在TVB的最后一部古装剧《本草药王》在香港播出，叶璇饰演精通医术的药仙“冬青”。
2006年，叶璇与TVB的合约到期后，加盟了香港寰亚电影公司，成为寰亚旗下的红馆经理人公司的合约演员，开始从事电影拍摄的工作。在寰亚的六年间，叶璇参与拍摄出演的电影多达二十部。2月，叶璇凭借电视剧《情陷夜中环》中“沈思晨”这个角色获得新城劲爆电视“飞跃女演员”奖。同年，叶璇凭借其电影处女作《情义我心知》入围第25届香港电影金像奖“最佳新演员”奖项，她在片中饰演“阿绿”。
2006年至2008年，在这三年间，叶璇参与拍摄了《至尊无赖》、《戏王之王》等多部电影，同时，她还参加到一些与表演相关的理论学习课程中。
2007年，在惊辣片《异冢》中，叶璇扮演精神分裂症患者，演出了四五种分裂性格。2008年在麦兆辉、庄文强编剧执导的警匪电影《大搜查》中，叶璇首次以孕妇形象出镜扮演一位儿子被匪徒绑架的黑帮大嫂。
2009年，叶璇参演的杜氏电影《复仇》入围第62届戛纳电影节主竞赛单元，叶璇随导演杜琪峰等主创赴法国参加戛纳电影节影展，影展活动中叶璇排队看足了17部电影而推掉了不少访问。5月27日，叶璇首次担正主演的电影《头七》在香港上映，叶璇在片中同时饰演为死去丈夫守候的贤妻良母，和与悍匪勾结行凶的风尘女子。同年9月，由杜琪峰监制的电影《意外》入围第66届威尼斯国际电影节主竞赛单元，叶璇随导演郑保瑞等主创赴意大利出席威尼斯国际电影节影展活动，这是一部筹备、拍摄及后期制作长达三年之久的电影，叶璇饰演高能智犯团队中的一名痴情女杀手。2010年4月18日，叶璇凭借《意外》这部作品斩获第29届香港电影金像奖“最佳女配角”的奖项。
2010年，参演了文隽、叶伟民执导的传记电影《李小龙我的兄弟》，这是纪念李小龙诞辰七十周年的一部致敬电影，叶璇在影片中跨龄出演对李小龙一生有着重要影响的八姑李合银。5月13日，由彭浩翔执导的恐怖电影《维多利亚一号》在香港公映，叶璇在片中扮演一位被变态杀手蓄意谋杀的孕妇，为了这个角色，叶璇的头需要被吸尘器的真空袋套住，然后开着吸尘器出演窒息死亡的状态，叶璇透露拍摄的过程中真的尝到死亡感觉，这个镜头长达一分半钟，并且反复拍了好多条。同年，叶璇零片酬出演新人导演朱佳梦电影短片《人有三急》，其后凭借此片获得第三届新人电影节“最佳女主角”奖和2010年度国际青年录像节“优秀演员”奖。
2011年，电影《出轨的女人》在香港首映，叶璇首次挑战出演女同性恋的角色，单恋自己的闺蜜兼上司。该片在香港取得不俗票房，上映三天，票房已突破百万。6月15日韩三平、黄建新执导的建党90周年献礼电影《建党伟业》在全国公映，叶璇饰演13名建党成员之一陈公博的夫人李励庄，为了能够更好的了解李励庄，叶璇事前查阅了许多关于辛亥革命后到中国共产党成立这段历史的资料和电影，还阅读关于李励庄丈夫陈公博的书籍。2011年8月19日，叶璇主演的电视剧《国色天香》也在浙江卫视“中国蓝剧场”开始播出，在剧中，叶璇分饰苏红玉和苏雨宁两个角色，为了拍这部电视剧，曾经把自己的眼睛哭到麦粒肿。2020年9月29日，参与综艺节目《奋斗吧！主播》。
2011年，叶璇在北京成立了“叶璇工作室”，并以入股强视传媒担任强视传媒的董事。8月24日，电视剧《第九个寡妇》在北京举行了开机启动仪式，并于9月9日在浙江横店影视城正式开机。该剧作为叶璇首部担当出品人、制片人兼主演的电视作品，改编于当代著名旅美作家严歌苓的同名小说，叶璇在剧中饰演的是传奇寡妇“王葡萄”，为了更好的诠释好这个角色，除提前几个月翻阅历史资料，叶璇还亲赴河南焦作农村体验了两个月农村生活，与村民们同吃同住。然而由于现有的电视剧审查制度的限制，电视剧《第九个寡妇》只能作为对原著的局部展示。2012年10月22日，该剧在江苏城市频道首播，以平均8点的收视率稳居第一，成为江苏台城市频道首个破8点的年代剧。2013年6月24日，该剧在浙江卫视“中国蓝剧场”全国卫视首播，播出的版本为卫视删减版26集。
2012年，6月22日由杜琪峰监制的电影《车手》在内地、香港同步上映，该片是导演郑保瑞首次转型拍摄的一部赛车影片，叶璇饰演即将退休的警察卢峰的妻子“咏”。
2013年，叶璇出品、制片、主演的电视剧《雅典娜女神》（又名《青春烈火》在上海电视剧频道首播，并于2014年2月20日获得“中国电视剧上海排行榜颁奖礼暨2014电视剧制播年会”上海电视剧频道收视第一名2013年4月2日，杜琪峰执导的第一部内地公安缉毒题材的电影《毒战》全国公映，叶璇在影片中饰演一名贩毒集团的成员“萨婆”。11月7日，电视剧《生死兄弟之钢魂》（原名：《钢魂》）在新疆卫视黄金档首播，叶璇在剧中饰演钢铁厂总工程师“大岛漱”，其一生历经磨难，角色年龄跨度近四十余年。
2014年，叶璇首次跨界主演的话剧《如此长江》在香港文化中心大剧院首演，她演绎一代女政治家“宋美龄”。5月29日，电影《窃听风云3》在内地公映，叶璇饰演陆氏家族大家长陆瀚涛的女儿“陆永瑜”，并入围第21届香港电影评论学会大奖最佳女演员奖项。
2015年，军旅剧《马上天下》登陆东方卫视、云南卫视黄金档播出，叶璇在剧中饰演政委“袁春梅”，需要从少女演至两鬓斑白，年龄跨度很大。
2016年，近代革命剧《映山红》播出，叶璇饰演乡野丫头“陈满金”。6月，叶璇在历史抗战剧《东方战场》饰演日本间谍川岛芳子。7月，叶璇客串电视剧《谜砂》播出。9月，主演的电视剧《楼外楼》开机。
2017年，与于震、王力可、李洋主演的抗战大戏《人民子弟兵》中饰演刘继文的妻子江旭。
2018年，大型史诗传奇剧《楼外楼》在央视一套首播，叶璇饰演“老燕京”菜馆的大小姐赵琳涵。8月16日，古装武侠剧《龙门飞甲》在央视一套播出，叶璇出演侠女“金镶玉”。
2020年，担任腾讯视频抗疫特别制作版读信节目《见字如面·特别制作》的读信嘉宾。11月5日，与于震领衔主演的青春励志公安剧《以父之名》于腾讯视频全网独播，叶璇饰演性格开朗的郝欢喜；11月11日，主演的电视剧《冼夫人传奇》开机，在剧中饰演了女政治家冼夫人。
暴疯语2015-04-03 饰演方慧玲 导演李光耀 主演刘青云、黄晓明、鲍起静
麻雀王2015-02-19 饰演雷梦娜 导演郑建国 主演曾志伟、杜汶泽、李国煌
蝴蝶牌2015 导演罗金泉 主演樊少皇、葛天、蒋毅
窃听风云32014-05-29 饰演陆永瑜 导演庄文强 主演刘青云、吴彦祖、古天乐
毒战2013-04-02 饰演萨婆 导演杜琪峰 主演林家栋、林雪
百星酒店2013-02-01 饰演肥牛(客串) 导演谷德昭 主演郑中基、吴君如、黄百鸣
车手2012-06-21 饰演咏 导演郑保瑞 主演余文乐、黄秋生
窃听风云22011-08-18 饰演徐欢 导演麦兆辉 主演古天乐、吴彦祖、刘青云
建党伟业2011-06-15 饰演李励庄 导演韩三平 主演刘烨、李晨、佟瑞欣
蔡李佛拳20102011-05-10 饰演晶晶 导演程东 主演王宝强、吴孟达、惠英红
出轨的女人2011-03-24 饰演Josephine 导演潘源良 主演夏文汐、吴家丽、陈伟霆
李小龙我的兄弟2010-11-25 饰演李合银 导演文隽、叶伟民 主演梁家辉、李治廷、钟丽缇
人有三急2010-05-23 饰演任子晴 导演朱佳梦 主演赖玮、黄国兴、张百康
飞砂风中转2010-05-20 饰演兰芝 导演庄文强 主演陈小春、郑伊健、余安安
维多利亚一号2010-05-13 饰演8A女户主 导演彭浩翔 主演何超仪、陈奕迅、谷祖琳
火龙对决2010-04-01 饰演细May 导演林超贤 主演黎明、任贤齐、徐若瑄
意外2009-09-17 饰演女人 导演郑保瑞 主演古天乐、任贤齐、林雪
复仇2009-08-20 饰演多仔婆 导演杜琪峰 主演约翰尼·哈里戴、任达华
杀人犯2009-07-06 饰演仔仔母(客串) 导演周显扬 主演郭富城、何超仪、张钧甯
头七2009-05-21 饰演亚芳 导演邱礼涛 主演张智霖、林家栋、张家辉
冼夫人传奇2021 饰演冼夫人 导演陈健 主演任重
以父之名2020-11-5 饰演郝欢喜 导演魏楠 主演叶璇、于震
楼外楼2018-5-14 饰演赵涵琳 导演苏舟 主演张铎、秦海璐
人民子弟兵2017 饰演江旭 导演詹成霖 主演于震、王力可
谜砂2016-07-31 饰演黎静（客串） 导演林楠 主演张磊、李宗翰、曾黎
东方战场2016-06-23 饰演川岛芳子 导演路奇 主演刘璇、张鲁一
映山红2015-11-27 饰演陈满金 导演黄力加 主演黄小蕾、莫小棋、田海蓉
潘多拉的秘密2015-07-25 饰演刘璃 导演成志超 主演张天其、巫迪文、洪小铃
马上天下2015-07-04 饰演袁春梅 导演高希希 主演张鲁一、印小天、何润东
龙门飞甲2015-04-06 饰演金镶玉 导演蔡晶盛 主演聂远、毛俊杰、张峻宁
所获奖项
2017 2017年度凤凰时尚之选时尚个性先锋大奖 （获奖）
2014 2014年度“中国电视剧上海排行榜颁奖礼暨2014电视剧制播年会”上海电视剧频道收视第一名 雅典娜女神 （获奖）
2014 21届香港电影评论学会最佳女演员 窃听风云3 （提名）
2011 第1届乐视影视盛典港台地区年度最受欢迎女演员 （获奖）
2011 第2届优质华语电影大奖最佳女配角 意外 （获奖）
2010 第3届新人电影节最佳女主角奖 人有三急 （获奖）
2010 第29届香港电影金像奖最佳女配角 意外 （获奖）
2010 2010年度国际青年录像节优秀演员 人有三急 （获奖）
2009 第16届香港电影评论学会最佳女演员 意外 （提名）
2008 第4届“风尚中国榜”年度风尚影视女星奖 （获奖）
2006 第25届香港电影金像奖最佳新人奖 情义我心知 （提名）
2006 2005年度新城劲爆电视飞跃女演员奖 （获奖）
1999 第11届国际华裔小姐竞选最具古典美态大奖 （获奖）
1999 第11届国际华裔小姐竞选冠军 （获奖）
1998 第49届英特尔国际科学与工程大奖赛植物学学科一等奖 Mung Beans and Magnetic Field （获奖）
1998 1998年度纽约大华埠华裔小姐季军 （获奖）
从TVB花旦到在电影圈稳扎稳打，相比戏受欢迎的程度，叶璇更重视自己在其中吸收到的养分。从《一网情深》中独立干练的杨慧敏，到《云海玉弓缘》中冷艳孤傲的厉胜男，到《情陷夜中环》中纯真烂漫的沈思晨，再到《国色天香》中的“香水美人”苏红玉，叶璇带给了观众一次又一次的荧屏惊喜。（京华时报、北青网评）
叶璇在专业上对人物情绪的把握异常精准；能够一个人演自己的部分，又能顾及方方面面，叶璇能做到这样，而且还总是保持这样的一种旺盛的精力，让人看见就开心的笑容。（薛伟、潘虹评）
叶璇是一个对自己的角色很清楚的演员，而且会适应新的审美和新的表演方式，叶璇有很多现场创作的东西，有那些适合角色、会让角色更好的东西。（张鲁一评）
