Très tôt, Noémie Elbaz aime se mettre en scène, se dégui­ser, monter des petits spec­tacles ou inven­ter des histoires. A l’ado­les­cence, elle prend des cours de théâtre et envi­sage le métier de comé­dienne. Son bac litté­raire en poche, elle s’ins­crit au cours Péri­mony en 1994. 

En 1997, elle débute au théâtre dans la pièce l’Ecor­ni­fleur, mise en scène par Marion Bierry. L’as­pi­rante actrice écume les castings, et décroche, en 2001, le rôle d’une stan­dar­diste dans la série Caméra Café sur M6, aux côtés d’Yvan Le Bolloc’h et Bruno Solo. Le succès de la série contri­bue à révé­ler Noémie Elbaz au grand public. Elle y fait ses armes jusqu’en décembre 2003, puis après l’ar­rêt de la série, parti­cipe au film inspiré de la série Espace Détente (2005). Elle fait ensuite plusieurs appa­ri­tions dans des séries sur TF1 (Sœur Thérèse.com, Léa Parker, Section de recherches…) avant de décro­cher un rôle récur­rent dans la série poli­cière Femmes de Loi, en 2008. Elle succède ainsi à Ingrid Chau­vin et incarne un lieu­te­nant de police face à Nata­cha Amal, jusqu’en 2009. Elle pour­suit les tour­nages pour TF1 et appa­raît dans Camping Para­dis et Mes amis, mes amours, mes emmerdes en 2011.

Paral­lè­le­ment, dix ans après ses débuts sur les planches, Noémie Elbaz revient au théâtre en 2007 à l’af­fiche de la pièce Arse­nic et vieilles dentelles. Depuis, l’ac­trice enchaîne les succès et se consacre au théâtre; Léoca­dia (2010), Le Père (2013), Mensonge d’Etat (2014)…En 2017, elle est à l’af­fiche d’une pièce d’Eric-Emma­nuel Schmitt, Hôtel des deux mondes, puis de la pièce Le temps qui reste de Philippe Lellouche, avec Chris­tian Vadim et David Brécourt.