Родилась 3 июня 1909 года в Днепропетровске (тогда Екатеринослав) в интеллигентной еврейской семье, где детям рассказывали о традициях и сложной истории еврейского народа, о пережитых погромах. Девочка мечтала стать пианисткой, но жизнь распорядилась иначе. В 16 лет она приехала в Москву и в 1925 году по совету родственников сумела поступить в киношколу Б.В. Чайковского.
Через два года она с другими студентами попала на кинофабрику «Совкино» для участия в массовках. Увидев фотопробы девушки в облике свахи, режиссёры Ольга Преображенская и Иван Правов, восхищённые её красотой, пригласили дебютантку на главную роль — Василисы в фильме «Бабы рязанские».

В 1944-1963 годах — актриса Театра-студии киноактёра.

Заслуженная артистка РСФСР (1935).

Эмма Цесарская первой сыграла в отечественном кинематографе Аксинью в "Тихом Доне". Она создала обаятельный, полный жизни, яркий темпераментный образ. Эта роль стала лучшей работой актрисы в кино.
В марте 1937 ее муж, работник среднего управленческого звена НКВД капитан госбезопасности Макс Осипович Станиславский, в процессе внутренних чисток НКВД был арестован по обвинению в «шпионаже» и в июне того же года расстрелян. После ареста мужа все имущество семьи было конфисковано, а Цесарскую с годовалым сыном выселили из квартиры в дощатый барак на окраине Москвы.
В августе 1938 года Цесарская по совету Шолохова написала письмо В.М. Молотову. Ее принял новый руководитель ГУКа С.С. Дукельский, после чего Эмме Владимировне разрешили сниматься в кино в небольших эпизодических ролях.
Для кинематографа 1930-х годов Цесарская была уже чрезмерно яркой, слишком броской. В ней чувствовалась неприрученная природа, та своевольная стихия, которую кино тоталитарной эпохи опасалось. С лика Цесарской писал свою Аксинью художник Георгий Верейский, иллюстрировавший роман Шолохова, — а это значит многое...
Она ещё потребовалась в 1940-х годах в «Освобождённой земле», где получила роль председательницы колхоза; в 1960-х годах мелькнула в двух экранизациях когда-то влюблённого в неё Шолохова: — в «Нахалёнке» и весёлой короткометражке «Когда казаки плачут». И всё…

Ушла из жизни 28 февраля 1990 года в Москве. Похоронена на 1-м участке Донского кладбища столицы.