Järnában (Södertälje község) és Izlandon nőtt fel anyjával, Nina Norénnel, s izlandi mostohaapjával, Hrafnkell Karlssonnal. Az izlandi a második anyanyelve. Később a család Blentarpba (Skåne megye) költözött. Biológiai apja Rogelio de Badajoz Duran (1953-2006), egy cigány flamenco énekes Badajozból, aki Svédországban telepedett le. Noomi saját elmondása szerint 15 éves koráig nem ismerte az apját, és utána is csak szórványosan találkozott vele.
Hétéves korában kapott egy statiszta szerepet Hrafn Gunnlaugsson filmjében, a Korpens skugga-ban (A holló árnyéka), és akkor döntött úgy, hogy színész lesz. Gimnáziumba a Södra Latin színjátszási osztályába járt, majd a Skara Skolscen-en (Skarai Iskolaszínpad) folytatta tanulmányait 1998-1999 között.
A diploma megszerzése után a következő színházaknál tevékenykedett, Theater Plaza 2000-ben, Orion Színház 2001-ben, Teater Galeasen 2002-ben, Stockholmi Városi Színház 2003-ban, valamint a Királyi Drámai Színház (Dramaten). A televízióban először 1996-ban volt látható a Tre kronor tv-sorozatban, amelyben ő játszotta Lucinda Gonzales szerepét. Jelenleg saját filmgyártó cége van, a Mimi Mec AB.
2009-ben, a Män som hatar kvinnor (A tetovált lány) című filmben ő játszotta Lisbeth Salander szerepét. Ugyancsak ő játssza a főszerepet a trilógia másik két filmjében, a Flickan som lekte med elden (A lány, aki a tűzzel játszik) és a Luftslottet som sprängdes (A kártyavár összedől) című filmekben.
2010-ben elnyerte a Guldbaggen-t mint a legjobb női mellékszereplő a Män som hatar kvinnor filmben. Ugyanebben az évben elnyeri a Dagens Nyheter Kultúradíjat is. 2011-ben ismét Guldbaggen díjra jelölték, mint legjobb színésznő, Leena alakításáért a Svinalängorna (Beyond) filmben.
2001-2011 között Ola Rapace (sz. Norell) felesége volt, és van egy közös fiuk, Lev. A vezetéknevüket közös kezdeményezésre a francia és olasz rapace szóból vették, ami ragadozómadár-t jelent. Noomi és Ola a nevüket franciásan ejtik, /ra'pas/. Noomi 2010 óta részben Londonban él.
Ez a szócikk részben vagy egészben a Noomi Rapace című svéd Wikipédia-szócikk fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel. Ez a jelzés csupán a megfogalmazás eredetét és a szerzői jogokat jelzi, nem szolgál a cikkben szereplő információk forrásmegjelöléseként.
Ez a szócikk részben vagy egészben a Noomi Rapace című angol Wikipédia-szócikk fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel. Ez a jelzés csupán a megfogalmazás eredetét és a szerzői jogokat jelzi, nem szolgál a cikkben szereplő információk forrásmegjelöléseként.