Figlia di Domenico, suggeritore teatrale, e della vestiarista istriana Cristina Bradil, esordì a teatro in giovane età[1]. Dotata di un aspetto fisico tutt'altro che appariscente, ma di una carica interpretativa fortemente incisiva, Emma Gramatica debuttò in teatro ancora adolescente accanto ad Eleonora Duse nella Gioconda di Gabriele D'Annunzio (1891)[2]. In quegli anni apprese da autodidatta lo spagnolo e il tedesco. Dopo una lunga tournée in Russia e in America, lavorò con le compagnie Pietriboni e Aleotti, per diventare primattrice giovane della compagnia Rosaspina-Montrezza (1893)[1]. Sorella dell'altrettanto celebre Irma Gramatica e della meno conosciuta Anna Adele Alberta Gramatica (tra l'altro cognata della celebre attrice Wanda Capodaglio), Emma fu primattrice nelle compagnie di alcuni dei nomi più prestigiosi del teatro italiano della fine dell'Ottocento e del primo Novecento, come Ermete Zacconi, Flavio Andò, Enrico Reinach ed Ermete Novelli.
Nel 1902 ottenne un trionfo con la sua interpretazione in La Samaritana di Rostand e più tardi si distinse interpretando il ruolo di Nora in Casa di bambola di Ibsen[1][3]. Negli anni dieci del Novecento crea la famosa Gramatica-Carini-Piperno, la cui direzione è affidata a Leo Orlandini, compagnia nella quale si formeranno molti grandi attori come Renzo Ricci, Lola Braccini e Camillo Pilotto, che ne diventerà primo attore, seguito nel 1944 da Adolfo Geri. Mise in scena la prima rappresentazione di Ma non è una cosa seria di Luigi Pirandello il 22 novembre 1918 e, dello stesso autore, La signora Morli, una e due il 12 novembre 1920. Nei primi anni venti intraprese, insieme alla sorella Irma, una tournée in America e poi in Germania, recitando in lingua tedesca. Frequenti, dai primi anni trenta, le sue partecipazioni alla prosaradiofonicaEIAR e successivamente Rai.
Lo scultore Mario Rutelli celebrò la bellezza dell'attrice dedicandole nel 1905 un ritratto di bronzo. Ricevette riconoscimenti e onorificenze in Italia e la Legion d'onore in Francia. Morì ad Ostia, frazione del comune di Roma: riposa nella tomba di famiglia nel cimitero di Signa, insieme alla sorella Irma e ai genitori.