פייק נולדה בהאמרסמית' שבלונדון, כבתם היחידה שלזמרי האופרה קרוליין וג'וליאן פייק. לצורך עבודת הוריה נדדה המשפחה ברחביאירופה עד שהייתה בת שבע; בזכות הנסיעות הרבות למדהצרפתית וגרמנית רהוטה.
פייק זכתה במלגה ללימוד בבית ספר בדמינטון. היא הציגה לראשונה את יכולותיה בתיאטרון הנוער הלאומי בהצגה "רומיאו ויוליה". סוכן כישרונות מקומי שהבחין בה עזר לה לפרוץ את הדרך לקריירה מקצועית. לאחר שנדחתה מכלבית ספר למשחק אליו הגיעה להיבחן, התקבלה לוודהאם קולג' שלאוניברסיטת אוקספורד, וסיימה את לימודיה עם תואר בספרות אנגלית.
במהלך לימודיה לקחה פסק-זמן למשך שנה, כדי לקדם ולבסס את קריירת המשחק על בימות התיאטרון. כן הופיעה בסדרת הדרמה "רעיות ובנות" בארבעה פרקים.
אמנם, בתחילת דרכה חשבה פייק לזנוח את תחום המשחק ולעבוד בחברת ספרים מקומית, עקב מחסור בהצעות עבודה בעסקי הבידור באותה עת.
בתפקידה הבא שיחקה בדרמה התקופתית "ליברטין" בתור אליזבת ווילמוט.
בשנת 2005 שיחקה בסרט האקשן המבוסס על משחק המחשב "דום" בתור המדענית ד"ר סמנת'ה גרים, אחותו של הדמות הראשית סמל ג'ון גרים (קארל אורבן). לאחר מכן גילמה את הדמות הספרותית ג'יין בנט, אחותה הבוגרת של אליזבת (קירה נייטלי) בסרט "גאווה ודעה קדומה", המבוסס על הרומן שלג'יין אוסטן "גאווה ודעה קדומה".
סרטה הראשון מחוץ לגבולות אנגליה הוא המותחן הפסיכולוגי "עדות שבורה", שעלה לאקרנים בשנת 2007. בסרט מגלמת פייק את דמותה של ניקי גארדנר, המעסיקה החדשה של התובע המחוזי הפורש וויל ביצ'ם (ראיין גוסלינג).
פייק התפרסמה ב-2009 בדרמה הבריטית "לחנך את ג'ני", בה גילמה את הלן, חברתו של דני (דומיניק קופר), המבלה במהלך העלילה בחברת הנערה המתבגרת ג'ני (קארי מאליגן). בשנה זו גילמה גם את מגי, אשתו של סוכן ה-FBI טום גריר (ברוס ויליס), במותחן הבדיוני "המחליפים".
בשנת 2010 שיחקה פייק בדרמה "הסיפור על פי ברני" בתור מרים גרושתו השלישית של ברני פנופסקי (פול ג'יאמטי). באותה שנה השתתפה בסרטאיזה מין שוויון העוסק במאבק נשים משנת1968 שעבדו במפעלפורד אנגליה על שכר שווה עבור עבודה שווה. כמו כן שיחקה בדרמה הקומית "דקלים בוערים", של הבמאי כריסטופר ב. לאנדון.
בספטמבר 2024, פורסם כינטפליקס הזמינה סדרת מתח בשם "Thumblite" שמתרחשת בעמק הסיליקון, בכיכובה של פייק. הסדרה עוסקת בתככים, יריבויות, חזונות ואובססיות של מובילי הכוח הנאבקים על שליטה בתעשיית ההייטק.[2] באוקטובר 2024, פורסם כיסשה ברון כהן ופייק ישחקו בתפקידים הראשיים בסרטLadies First עבורנטפליקס. פייק תשחק דמות נשית לוחמנית שתסבך עוד יותר את העניינים עבור דמותו של כהן.[3]
בעודה לומדת באוקספורד, פייק הייתה במערכת יחסים עם השחקן והמחזאיסיימון וודס במשך שנתיים. לאחר מכן בשנת2008 היא הייתה מאורסת לבמאי הקולנועג'ו רייט, אותו הכירה על סט צילומי הסרט "גאווה ודעה קדומה", אך הזוג ביטל את החתונה זמן קצר לאחר מכן.