פייק נולדה בהאמרסמית' שבלונדון, כבתם היחידה של זמרי האופרה קרוליין וג'וליאן פייק. לצורך עבודת הוריה נדדה המשפחה ברחבי אירופה עד שהייתה בת שבע; בזכות הנסיעות הרבות למדה צרפתית וגרמנית רהוטה.
פייק זכתה במלגה ללימוד בבית ספר בדמינטון. היא הציגה לראשונה את יכולותיה בתיאטרון הנוער הלאומי בהצגה "רומיאו ויוליה". סוכן כישרונות מקומי שהבחין בה עזר לה לפרוץ את הדרך לקריירה מקצועית. לאחר שנדחתה מכל בית ספר למשחק אליו הגיעה להיבחן, התקבלה לקולג' וודהאם של אוניברסיטת אוקספורד, וסיימה את לימודיה עם תואר בספרות אנגלית.
במהלך לימודיה לקחה פסק-זמן למשך שנה, כדי לקדם ולבסס את קריירת המשחק על בימות התיאטרון. כן הופיעה בסדרת הדרמה "רעיות ובנות" בארבעה פרקים.
אמנם, בתחילת דרכה חשבה פייק לזנוח את תחום המשחק ולעבוד בחברת ספרים מקומית, עקב מחסור בהצעות עבודה בעסקי הבידור באותה עת.
בתפקידה הבא שיחקה בדרמה התקופתית "ליברטין" בתור אליזבת ווילמוט.
בשנת 2005 שיחקה בסרט האקשן המבוסס על משחק המחשב "דום" בתור המדענית ד"ר סמנת'ה גרים, אחותו של הדמות הראשית סמל ג'ון גרים (קארל אורבן). לאחר מכן גילמה את הדמות הספרותית ג'יין בנט, אחותה הבוגרת של אליזבת (קירה נייטלי) בסרט "גאווה ודעה קדומה", המבוסס על הרומן של ג'יין אוסטן "גאווה ודעה קדומה".
סרטה הראשון מחוץ לגבולות אנגליה הוא המותחן הפסיכולוגי "עדות שבורה", שעלה לאקרנים בשנת 2007. בסרט מגלמת פייק את דמותה של ניקי גארדנר, המעסיקה החדשה של התובע המחוזי הפורש וויל ביצ'ם (ראיין גוסלינג).
פייק התפרסמה ב-2009 בדרמה הבריטית "לחנך את ג'ני", בה גילמה את הלן, חברתו של דני (דומיניק קופר), המבלה במהלך העלילה בחברת הנערה המתבגרת ג'ני (קארי מאליגן). בשנה זו גילמה גם את מגי, אשתו של סוכן ה-FBI טום גריר (ברוס ויליס), במותחן הבדיוני "המחליפים".
בשנת 2010 שיחקה פייק בדרמה "הסיפור על פי ברני" בתור מרים גרושתו השלישית של ברני פנופסקי (פול ג'יאמטי). באותה שנה השתתפה בסרט איזה מין שוויון העוסק במאבק נשים משנת 1968 שעבדו במפעל פורד אנגליה על שכר שווה עבור עבודה שווה. כמו כן שיחקה בדרמה הקומית "דקלים בוערים", של הבמאי כריסטופר ב. לאנדון.
בספטמבר 2024, פורסם כי נטפליקס הזמינה סדרת מתח בשם "Thumblite" שמתרחשת בעמק הסיליקון, בכיכובה של פייק. הסדרה עוסקת בתככים, יריבויות, חזונות ואובססיות של מובילי הכוח הנאבקים על שליטה בתעשיית ההייטק.[2] באוקטובר 2024, פורסם כי סשה ברון כהן ופייק ישחקו בתפקידים הראשיים בסרט Ladies First עבור נטפליקס. פייק תשחק דמות נשית לוחמנית שתסבך עוד יותר את העניינים עבור דמותו של כהן.[3]
חיים אישיים
בעודה לומדת באוקספורד, פייק הייתה במערכת יחסים עם השחקן והמחזאי סיימון וודס במשך שנתיים. לאחר מכן בשנת 2008 היא הייתה מאורסת לבמאי הקולנוע ג'ו רייט, אותו הכירה על סט צילומי הסרט "גאווה ודעה קדומה", אך הזוג ביטל את החתונה זמן קצר לאחר מכן.