Après des études de marketing à Los Angeles, Eva Mendes décide de se lancer dans la comédie. La jeune actrice commence à faire parler d'elle en 2000, en incarnant l'une des victimes du film d'horreur Urban Legend 2 : coup de grace, puis en se distinguant dans les productions musclées Hors limites et Training day. Mais c'est en 2003 que la carrière de cette femme d'origine cubaine au physique avantageux prend un vrai coup d'accélérateur avec le rôle féminin principal du film d'action 2 fast 2 furious.Au générique de productions assez sombres (le western Il était une fois au Mexique Desperado 2, le thriller Out of time), Eva Mendes se montre peu à peu dans des films plus légers comme le Deux en un des frères Farrelly ou Hitch - expert en séduction, comédie dans laquelle elle donne la réplique au maître de la séduction incarné par Will Smith.
Hissée au rang de sex symbol international, cette nouvelle bomba latina tente aussi une incursion remarquée dans le circuit indépendant, tournant sous la direction de James Gray (La Nuit nous appartient, 2007) et Renny Harlin (Cleaner, 2008) et incarnant la productrice d'une émission de télé-réalité dans la comédie Live ! (id.). Remarquée par Frank Miller, elle interprète en 2008 l'une des amazones de The Spirit, l'adaptation du comic-book culte de Will Eisner. En 2009, elle retrouve son partenaire de Ghost Rider, Nicolas Cage, dans Bad Lieutenant : Escale à la Nouvelle-Orléans, remake du film d’Abel Ferrara, sous la direction de Werner Herzog. La belle continue à montrer son désir d’échapper aux étiquettes en alternant comédie en 2010 (Very Bad Cops) et drame romantique l'année suivante (Last Night).