Eva Mendes 1974. március 5-én született Miamiban, Floridában, de Los Angelesben, Kaliforniában nőtt fel, miután anyjával a szülei válását követően odaköltöztek. A színésznő szülei révén kubai származású. Négy testvére közül ő a legfiatalabb, és az egyetlen, aki az Államokban született.
A középiskola után egyetemre ment, ám tanulmányait már nem fejezte be, inkább színészi karrierrjére koncentrált. Eleinte reklámokban, videoklipekben és kisebb szerepekben tűnt fel, a mozivásznon a Diszkópatkányok (1998) című vígjátékban debütált.
Nevét akkor jegyezte meg a közönség és a szakma, amikor Denzel Washington oldalán tűnt fel a Kiképzés (2001) című akciófilmben. Hamarosan olyan rendezőkkel dolgozott együtt, mint Robert Rodriguez (Volt egyszer egy Mexikó – 2003), Luke Wilson (A Wendell Baker balhé – 2005) vagy a Farelly-fivérek (Túl közeli rokon, 2003).
Eva számos akciófilmben kapott szerepet (Halálosabb iramban – 2003, A szellemlovas – 2007), de vígjátékokban is feltűnt (A randiguru – 2005, Pancser police – 2010, Felkoppintva – 2007, Így neveld az anyádat – 2012).
Hollywoodi filmek mellett Mendes szerepelt vállalt a vegyes fogatatású Holy Motors (2013) című francia művészfilmben, melynek egyik jelenetében egy megközelíthetetlen és kizökkenthetetlen modellt alakított.
Jelenlegi párját, Ryan Goslingot első közös filmjük, a Túl a fenyvesen (2013) forgatásán ismerte meg. Legutóbb az Előzmények törlése (2013) és a Lost River (2014) című filmekben láthattuk.