Margot Robbie naît le 2 juillet 1990 dans le Queensland en Australie. Il s'écoule peu de temps avant qu'elle déménage à Gold Coast, où elle habite auprès de sa mère qui se retrouve célibataire, Sarie Kessler d'ascendance allemande, physiothérapeute. Margot possède deux frères, Lachlan et Cameron et une sœur Anya. Margot,  pendant de nombreuses années a peu de contact auprès de son père et se rend chaque été dans la ferme de ses grands-parents où elle travaille dans le village comme serveuse. Ce fut d'ailleurs dès ses seize ans, parallèlement à ses études, qu'elle effectue de nombreux emplois, un comme serveuse chaque été, et un après les journées d'études où elle habite avec sa mère, afin de pouvoir mettre de l'argent de côté.

Ce fut à quinze ans qu'elle a su qu'elle voulait devenir actrice, après avoir vue une adolescente du même âge qu'elle à la télévision. A l'occasion d'une interview, elle explique. « Je regardais la télé. Il y avait une fille de mon âge qui faisait une scène et ce n'était pas très bon. Je me souviens avoir pensé que j'aurais fait mieux. ». Ses projets étant déjà très ciblés dès l'adolescence.

Ce fut en 2007 qu'elle a obtenu le diplôme pour lequel elle a tant travaillé. Margot entame alors des études de droits, qu'elle abandonne peu de temps après avoir validé sa première année. C'est alors qu'elle enchaîne les emplois, cette-fois-ci à temps plein, notamment, vendeuse dans une boutique de surf, dans une épicerie, dans une pharmacie. Tantôt préparatrice de sandwichs dans un subway, tantôt babysitter et également femme de ménage. A 17 ans, elle abandonne tout ça puis elle s'installe à Melbourne où elle décide qu'elle veut devenir actrice et arrêter les emplois sans grands intérêts.

Ce fut lors de l'année 2007 que Margot Robbie commence une carrière en tournant deux longs métrages. Vigilante et I.C.U. et interprète un rôle dans deux séries télévisées. 2008, elle se fait connaître du public Australien grâce au Soap Opéra Les voisins. A côté  de ça, elle tourne plusieurs spots publicitaires, notamment pour Network Ten, l'une des trois principales chaînes de télévision Australienne.

Margot quitte Melbourne afin de tenter sa chance à Los Angeles. Peu de temps après avoir emménagée, elle est engagée avec Christina Ricci, dans la série télévisée Pan Am où elle interprète une hôtesse de l'air au cours des années 1960. A défaut d'audience, la série se trouve être annulée. 2012, elle s'envole vers l'Angleterre afin d'y tourner une comédie romantique. Il était temps, écrite par le scénariste et réalisateur Richard Curtis, aux côtés de Rachel McAdams et Domhnall Gleeson. Ce film qui a tout juste atteint les espérances escomptées, se révèle être un semi-échec.

Ce fut 2013 qui révéla alors Margot au grand public américain, dans le Loup de Wall Street. Malgré ce succès mondial, lors de l'année 2014, Margot Robbie se révèle être à l'affiche d'aucun film, elle accepte le rôle qu'Emma Stone et Kristen Stewart ont refusé dans le glamour Gangster Movie.

2016, elle tient son deuxième grand rôle, celui d'Harley Quinn dans le film Suicide Squad. Réalisé par David Ayer. Aux côtés de Jared Leto et de Will Smith qu'elle connaît maintenant bien, Margot fait partie d'une escouade de « super-vilains ». Grâce à ce blockbuster qui affiche l’ambition de casser le politiquement correct inhérent à ce type de produit. C'est de ce film que vient les «super-vilains».

Quentin Tarantino la choisit pour jouer le rôle de Sharon Tate dans son film Once Upon a Time... in Hollywood. Sur son compte Instagram, durant l'été 2018, en plein tournage, l'actrice s'affiche en femme des sixties, bottes et minijupe blanche façon Nancy Sinatra. Ce long-métrage, qui permet à l'actrice de retrouver Leonardo DiCaprio, est présenté au Festival de Cannes 2019 et sort dans les salles américaines le 26 juillet 2019. Il sort en revanche en France le 14 août 2019, soit au moment du 50e anniversaire de la mort de Sharon Tate.

Côté privé, 2014 fut l'année où elle est en couple avec l'assistant-réalisateur britannique Tom Ackerlet. Ce fut deux ans plus tard que des rumeurs de fiançailles commencent à apparaître après la sortir de Tarzan. Ils auraient du se marier, cependant, ils ont rompus leurs fiançailles après avoir découverts qu'ils étaient mieux comme amis que comme amants. Depuis, elle a eu peu de relation de couple.

Côté vie quotidienne, elle s'exerce au yoga, fait du sport notamment du Pilates. Souvent, elle met des photos d'elle quand elle fait du surf, une activité qu'elle affectionne.

Margot a décidé d'emménager à Astoria afin de se faire un nom partout dans le monde.