Elle a suivi l'école de « Ysgol Maes Y Dderwen » dans la même classe que l'acteur Steve Meo. Après sa formation comme actrice et l'obtention du diplôme de lettres au Conservatoire de musique Gallois Royal et Drame de Cardiff, elle s'installe à Londres pour entamer sa carrière, aussi bien sur scène qu'à l'écran.
Elle joue notamment dans le téléfilm Score et la mini-série télévisée Tales from pleasure Beach en 2001, puis le rôle principal de Ceri dans Belonging sur la chaîne BBC en 2002. En 2003, elle interprète la jeune Gwen dans la série Dot's Story, dérivée d'EastEnders.
Eve Myles a également joué une jeune fille d'écurie dans la série Trainer diffusée sur BBC, elle a aussi joué dans le court métrage Colditz : La Guerre des évadés (Colditz) en 2005.
Ce rôle lui a permis de se faire connaître et d'obtenir un rôle dans un épisode de la série culte britannique Doctor Who, Des morts inassouvis. Le producteur de cette série, Russell T Davies, dit d'ailleurs d'elle : « Cela m'a été confirmé : elle est un des secrets les mieux gardés du Pays de Galles ». Davies lui écrit le rôle de Gwen Cooper dans Torchwood, série dérivée de Doctor Who. Eve Myles a déménagé au Pays de Galles. Elle est également apparue dans la saison 4 du Doctor Who dans le dernier épisode aux côtés de John Barrowman et Gareth David-Lloyd.
Eve Myles est aussi apparue dans le premier épisode de Merlin où elle a joué une sorcière.
En 2013, elle joue le rôle principal de la série Frankie(en) sur BBC1, tournée dans la ville de Bristol, dans laquelle elle incarne une infirmière à domicile jonglant entre sa vie privée et sa vie professionnelle.
En 2014, elle interprète Claire Ashworth dans la deuxième saison de Broadchurch, une femme témoin d'un meurtre commis par son mari et qui est sous la protection officieuse de l'inspecteur Alec Hardy.