A nivel familiar tiene un hermano, el productor de cine Cristian Prieto Medianu y esta casada con el actor australiano Chris Hemsworth, con quién tiene una hija llamada India Rose.

Elsa comenzó su carrera como actriz desde muy temprana edad grabando episodios alrededor de 1997 aproximadamente, de la serie de televisión Al salir de clase y en el corto Solo en la buhardilla. Desde entonces no ha dejado de trabajar protagonizando decenas de películas:

En 1999 se estrenó en los largometrajes con la película Clara. Ese mismo año apareció en Tatawo, de Jo Sol, y poco después llegó su primer gran éxito, el thriller juvenil de Álvaro Fernández Armero titulado El arte de morir, que protagonizó junto a otros jóvenes actores de moda como Fele Martínez y Gustavo Salmerón. También protagonizo las comedias Menos es más de Pascal Jongen, Noche de reyes de Miguel Bardem, Sin noticias de Dios de Agustín Díaz Yanes o la disparatada Peor imposible de David Blanco y José Semprún. En 2003 estrenó El furgón, Atraco a las 3… y media y la película de terror Beyond Re-Animator. Aunque su carrera parece centrada en el cine, Elsa Pataky no ha dejado de colaborar en la televisión para participar en la serie Tío Willy, en una producción televisiva canadiense llamada Queen of Swords y en Los Serrano.

En 2005 protagoniza Iznogoud, primera película en francesa de Elsa con un gran éxito de taquilla, siendo número 1 en 2005, y la versión cinematográfica de Ninette de Miguel Mihura, dirigida por José Luis Garci.

En 2006 da su salto a Hollywood con un breve papel en la película protagonizada por Samuel L. Jackson, Serpientes en el avión, su primera película estadounidense.

En 2007 grabó en España Santos, una comedia romántica sobre el fin del mundo, con Guillermo Toledo, Javier Gutiérrez y Leonardo Sbaraglia, donde daba vida a Laura Luna. A finales de ese año, comienza el rodaje de una nueva película en Estados Unidos, Give ‘em hell, Malone,  una cinta de acción independiente, dirigida por Russell Mulcahy, el director de películas como Resident Evil: Extinción o la segunda entrega de El Rey Escorpión, aún por estrenar. En febrero de 2008 inició las grabaciones de la película Máncora, dirigida por Ricardo de Motreuil (el mismo que ya dirigió ‘La mujer de mi hermano’) donde Pataky es una de las protagonistas. La película tuvo su estreno el 3 de septiembre de 2008 en la ciudad de Lima, Perú.

En 2009 y 2010 participó en la película inglésa Mr. Nice junto a Luis Tosar, rodó la película de Bigas Luna, Di Di Hollywood, que se rodó entre los estudios cinematográficos Ciudad de la Luz de Alicante y Los Ángeles, en la que interpretó a una actriz española que triunfa en Hollywood. También en 2009 grabó una participación para la serie mexicana “Mujeres asesinas”. Fue seleccionada para interpretar el personaje de Sigrid en la película El Capitán Trueno y el Santo Grial, pero se vio obligada a abandonar el proyecto debido a otros compromisos.

En 2011 protagonizo la quinta entrega de la película de acción estadounidense Fast Five, la saga conocida en España como A todo gas (Rápidos y furiosos 5 en América Latina) junto a Vin Diesel, Paul Walker, Jordana Brewster y Dwayne Johnson; la española Copito de Nieve; y la estadounidense Where the Road Meets the Sun. En el año 2011 ha trabajado en dos películas, la estadounidense The Wine of Summer, en la que se ha estrenado como productora cinematográfica y ha actuado junto a Najwa Nimri y Ethan Peck, y la británica All Things to All Men.

En 2013 volverá a protagonizar la sexta entrega de The Fast and the Furious 6 (o Fast Six) que se estrenará el 24 de mayo de 2013. Parte de la película está grabada en Tenerife, por lo que se pudo ver a Pataky junto a Vin Diesel durante el rodaje.

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