Nasceu no vale do Vologne, no departamento dos Vosges, numa família operária de origem italiana (seu avô, Alfred Riva, era de Monvalle, Itália) . quando jovem, trabalhava como costureira. Grande leitora de obras teatrais, junta-se a um pequeno grupo amador de Remiremont. Convencida de sua aptidão artística e apesar da oposição da família, passa no concurso da École nationale supérieure des arts et techniques du théâtre (mais conhecida como école de la rue Blanche) e se transfere para Paris em 1953, com uma bolsa de estudos.
Seu papel mais conhecido foi como a protagonista (sem nome) de Hiroshima mon amour (1959), um dos filmes precursores da Nouvelle vague e um dos mais importantes da história do cinema. Durante as filmagens de Hiroshima mon amour, ela filmou na cidade de Hiroshima. Meio século mais tarde, as fotografias do filme foram expostas no Salão da Nikon e foram publicadas em livro na França e no Japão.
Riva também atuou em Adua e le compagne, Léon Morin, Prêtre, Desqueyroux Teresa (com o qual ganhou a Copa Volpi de melhor atriz no Festival de Veneza), Thomas l'imposteur, The Eyes, the Mouth, Trois couleurs: bleu (como a mãe de Juliette Binoche, a protagonista do filme), e Venus Beauty Institute.
Emmanuelle também era poetisa e publicou suas poesias em Juste derrière le sifflet des trains ( 1969, reeditado em 1976), Le Feu des miroirs (1975) e L'Otage du désir (1982).