Urodzona 27 stycznia 1979 roku w Londynie, w Anglii, aktorka Rosamund Mary Elizabeth Pike jest jedynym dzieckiem matki skrzypaczki klasycznej, Caroline (Friend), i ojca śpiewaka operowego, Juliana Pike. Ze względu na pracę rodziców, swoje wczesne dzieciństwo spędziła podróżując po Europie. Pike uczęszczała do Badminton School w Bristolu w Anglii, a następnie rozpoczęła naukę aktorstwa w National Youth Theatre. Występując w przedstawieniu „Romeo i Julia” w National Youth Theatre, została po raz pierwszy zauważona i podpisana przez agenta, choć kontynuowała naukę w Wadham College w Oksfordzie, gdzie studiowała literaturę angielską, ostatecznie kończąc studia z wyróżnieniem w drugiej klasie.
Pike pojawiła się w wielu brytyjskich serialach telewizyjnych, w tym „Żony i córki” (1999), zanim zaliczyła obiecujący debiut fabularny jako lodowata piękność „Miranda Frost” w filmie Jamesa Bonda „Die Another Day” (2002); kiedy film został wydany, miała zaledwie 23 lata. Chociaż jej debiut był wielkobudżetowym filmem akcji, jej kolejne role były głównie w mniejszych, niezależnych filmach, takich jak Promised Land (2004), The Libertine (2004), (za który zdobyła nagrodę dla najlepszej aktorki drugoplanowej na The British Independent Film Awards), oraz Pride & Prejudice (2005), jako jedna z córek Bennetów. Po krótkim wejściu do Hollywood zagrała w filmach akcji Doom (2005) i thrillerze Fracture (2007), ale powróciła do mniejszego kina z wyjątkowymi występami w trzech filmach: An Education (2009), Made in Dagenham (2010), oraz główną rolę u boku Paula Giamatti w Barney’s Version (2010).
Kontynuując pracę sceniczną w Anglii, Pike pojawiła się w szpiegowskim spoofie, Johnny English Reborn (2011), oraz wcieliła się w rolę „Andromedy” w epopei sci-fi, Wrath of the Titans (2012). Wróciła do filmów akcji z główną rolą kobiecą naprzeciwko Toma Cruise’a w Jack Reacher (2012).
Pike weszła w związek z badaczem matematycznym o imieniu Robie Uniacke w 2009 roku. W maju 2012 roku urodziła ich pierwszego syna o imieniu Solo. Wróciła do aktorstwa i wylądowała pożądaną rolę tytułową w Gone Girl (2014). Film stał się hitem krytyki i box-office’u, a Pike zdobyła jedyną nominację do Oscara dla filmu jako Najlepsza Aktorka. Zdobyła również nominacje jako Najlepsza Aktorka od Screen Actor’s Guild, Złotych Globów i BAFTA. W grudniu 2014 roku urodziła swojego drugiego syna z Uniacke.