Née en 1982 à Tunis, Emel Mathlouthi commence à chanter, alors qu’elle est adolescente, sur les disques de Céline Dion, Alanis Morissette ou encore Tori Amos.

Pendant ses études d'ingénieur, elle fait partie d'un groupe de métal et se consacre de plus en plus à la musique. C'est en découvrant Joan Baez qu'elle commence à apprendre la guitare, pour transmettre son énergie à un public lors de concerts en solo.

En 2011, elle chante « Kelmti Horra » (Ma parole est libre) au milieu des manifestants de Tunis. Elle devient alors le visage de la révolution tunisienne.

Militante, Emel Mathlouthi a vu sa musique interdite sur les ondes tunisiennes en 2010. Elle quitte alors la Tunisie pour la France, où elle sort, en 2014, un premier album qui laisse à entendre l'influence de Björk et mêle des notes électro au passé plus rock de la chanteuse : Kelmti Horra.

Son deuxième album, Ensen (2016), est celui d'une « femme qui refuse les compromis », dira le webzine du festival Patchwork. Le titre « Ensen Dhaif (Human, Helpless Human) » évoque l'oppression imposée par des facteurs extérieurs ou que l'on s'impose à soi-même.

En 2018, Emel Mathlouthi retravaille les morceaux de ce deuxième album, en collaboration avec neuf autres artistes, dont le guitariste Karim Attoumane ou le duo Pandhora : ce sera Ensenity.

Emel Mathlouthi, qui chante uniquement en arabe, participe dans le monde entier à des événements militants. En 2013, elle est invitée par la compositrice iranienne Sara Najafi à participer à l'opéra de Téhéran au concert No Land's Song : pour la première fois depuis la Révolution iranienne de 1979, des femmes se produisent sur scène pour dénoncer l'absurdité d'une loi qui leur interdit de chanter si elles ne sont pas accompagnées d'un homme.

En décembre 2015, la chanteuse tunisienne chante lors du concert du Prix Nobel de la Paix.

En mars 2017, dans la continuité de la Marche des femmes, elle se produit au Metropolitan Museum à New York – où elle habite désormais – avec d'autres artistes étrangères pour protester contre la politique de Donald Trump.