Fue nominada a un premio Laurence Olivier por su actuación en After Miss Julie en el Donmar Warehouse (2003-2004).
[2] Asistía al Tolworth Girls' School and Sixth Form, cuando empezó a interesarse por el teatro.
Seis años más tarde, apareció junto a Helen Mirren en la película Last Orders.
Reilly ha declarado que ella Aprendió más como actor de Karel Reisz, quien la dirigió en The Yalta Game en Dublín en 2001.
En 2002, Reilly protagonizó junto a Audrey Tautou y Romain Duris como Wendy, una estudiante Erasmus inglesa, en la comedia francesa L'Auberge espagnole (El apartamento español).
Reilly también apareció en tres películas importantes: Sherlock Holmes, Triage y Me and Orson Welles.
El mismo año, Reilly protagonizó la serie de ABC de corta duración, Black Box, como Catherine Black, una famosa neurocientífica que explora y resuelve los misterios del cerebro (la caja negra) mientras oculta su propio trastorno bipolar del mundo.
En 2006, Reilly ganó el premio Empire a la mejor actriz revelación por su papel en la comedia británica Mrs Henderson Presents.
Reilly fue nominada a Mejor Actriz en los British Independent Film Awards por Eden Lake en 2010.