Carey Hannah Mulligan urodziła się 28 maja 1985 roku w Londynie (Anglia, Wielka Brytania). Jej ojciec,
Stephen (menedżer hotelowy), pochodzi z Liverpoolu, zaś matka, Nano (wykładowczyni na uczelni), z Llandeilo w zachodniej Walii. Aktorka posiada także korzenie irlandzkie - stamtąd wywodzi się jej dziadek ze strony ojca. Starszy brat Carey, Owain, jest kapitanem armii brytyjskiej. Służył w Iraku i Afganistanie.
W wieku trzech lat, z powodu pracy ojca, Carey z rodziną wyemigrowała do Niemiec. Tam uczęszczała do International School of Düsseldorf. Gdy miała 8 lat, przeprowadziła się z powrotem do Anglii, gdzie kontynuowała edukację w Woldingham School w Surrey. Jej zainteresowanie aktorstwem zaczęło się, gdy zobaczyła swojego brata grającego w szkolnym przedstawieniu "The King and I". Po wielu prośbach nauczyciel pozwolił dziewczynce w nim uczestniczyć - Carey dołączyła do chórku. Następnie uczęszczała do Woldingham School, gdzie prowadziła warsztaty z młodszymi uczniami i pomagała wystawiać wiele szkolnych produkcji. Złożyła papiery do trzech szkół teatralnych wbrew swoim rodzicom, którzy chcieli, by tak jak starszy brat poszła na uniwersytet. Nie została jednak na nie przyjęta. W ostatnim roku edukacji w Woldingham, szkołę odwiedził
Julian Fellowes. Opowiadał o produkcji "
Gosford Park". Po zakończeniu wykładu Mulligan podeszła do aktora, pytając o rady w sprawie kariery.
Fellowes próbował odwieść ją od profesji, lecz niezrażona dziewczyna wysłała do niego później list, pisząc, że bierze granie na poważnie i że jest to jej powołanie życiowe. Kilka tygodni później została przez niego zaproszona na kolację dla aspirujących aktorów, na której poznała osobę odpowiedzialną za dobór obsady do "
Dumy i uprzedzenia" - jak się potem okazało, jej filmowego debiutu.
Potem pojawiła się w produkcjach telewizyjnych i niezależnych filmach, m.in. "
Doktorze Who", "
Samotni", "
Najlepszym" czy "
Wrogach publicznych". Następnie zagrała główną rolę w "
Była sobie dziewczyna" - filmie, który odniósł duży sukces, a Carey przyniósł nominację do Oscara, BAFTĘ i rozpoznawalność. Potem jej kariera nabrała rozpędu, a sama aktorka wystąpiła w wielu cenionych produkcjach niezależnych ("
Wstyd" - nominacja do nagrody BIFA, "
Drive" - nominacja do BAFTY) oraz tych mainstreamowych ("
Wall Street: Pieniądz nie śpi").
W 2013 roku zagrała w "
Wielkim Gatsbym" - kolejnej adaptacji powieści
Scotta F. Fitzgeralda z 1925. Obraz wzbudził wielkie zainteresowanie na rynku filmowym i okazał się kasowym hitem. Za rolę Daisy Buchanan Carey została nominowana do nagrody Teen Choice. Później Mulligan wzięła udział w dramacie "
Sufrażystka"
Sarah Gavron (nominacje do nagrody BIFA i Satelity), "
Krainie wielkiego nieba"
Paula Dano czy "
Mudbound", na podstawie powieści
Hillary Jordan, za co została uhonorowana statuetką Film Independent oraz nagrodą Gotham. W 2020 roku aktorka otrzymała główną rolę w obrazie
Emerald Fennell "
Obiecująca. Młoda. Kobieta.", co przyniosło jej m.in. nominacje do Oscara, Złotego Globu czy nagrodę Critics' Choice.