Эмма Лайон родилась в Честере, в графстве Чешир, 12 мая 1765 года. Неизвестно, был ли ее отцом кузнец Генри Лайон, как утверждают многие ее биографы. Скорее всего, Эмма была «дитя любви».
Когда Эмме исполнилось 13 лет, мать увезла ее из родной деревни. Чтобы заработать на пропитание, она прислуживала в дешевых трактирах или перебивалась случайными заработками на улицах Лондона. В семнадцатилетнем возрасте Эмма стала матерью, родив девочку.
Однажды на красивую молодую девушку обратил внимание доктор Грэхэм, пользовавшийся репутацией авантюриста и шарлатана. Он объявил, что изобрел электрическое ложе, способное вернуть пожилым мужчинам молодость и жизненные силы. Эмма работала в его кабинете, появляясь перед посетителями в прозрачном одеянии. Вскоре «храм Аполлона с Богиней Здоровья», как стали называть заведение доктора Грэхэма, приобрел небывалую популярность у представителей высших кругов.
Знакомство с баронетом сэром Гарри Фезерстоунхофом, которого пленила красота Эммы, круто изменило ее жизнь. Он привез девушку в свой родовой замок. Перед искательницей приключений открылись неограниченные возможности: она блистала на балах. Гости баронета восхищались ее талантами. От поклонников не было отбоя, и куртизанка не упускала случая изъять кругленькую сумму из карманов богатых любовников, очарованных ее красотой. Но все хорошее, к сожалению, недолговечно. Баронету в конце концов наскучила легкомысленная красотка, содержание которой к тому же было слишком обременительно для его казны. Он снял ей недорогую квартирку в одном из глухих лондонских кварталов, и на этом их отношения закончились.
Снова на смену благополучию пришла нищета. Эмма родила ребенка, но он вскоре умер. Девушка находилась на грани отчаяния. Но судьба смилостивилась над ней и свела ее с сэром Чарльзом Гревиллем, который был поклонником изящных искусств. Он согласился взять Эмму на полное содержание при условии, что она будет вести добродетельный образ жизни. Чтобы скрыть свое прошлое, девушка назвалась Эммой Харт. Из легкомысленной, сумасбродной куртизанки она превратилась в светскую даму: прилежную, экономную и домовитую. Приглашенные Чарльзом учителя давали ей уроки правописания, пения и музыки. Гревилль даже хотел на ней жениться. Эмма отвечала ему взаимностью. Эта идиллия продолжалась в течение четырех лет. Эмма родила троих детей — мальчика и двух девочек. Однако Чарльз все-таки решил от нее избавиться. Родственники не одобряли этот брак, да и сам Гревилль не решался связывать себя священными узами.
В 1784 году Чарльз познакомил Эмму со своим дядей сэром Вильямом Гамильтоном, который в недавнем времени овдовел. Он жил в Неаполе и был послом при дворе Королевства обеих Сицилий. Под предлогом обучения пению у итальянских мастеров Гамильтон пригласил Эмму в Неаполь. Вероятно, дядя и племянник заключили сделку, по которой сэр Вильям оплатил долги Чарльза, а тот за это уступил ему девушку.
Эмма поселилась в Неаполе, в резиденции сэра Гамильтона, который стал ее заботливым опекуном. Она засыпала любимого письмами. Гревилль же прислал ей только одно, с просьбой забыть его навсегда. Однако, несмотря ни на что, Эмма продолжала его любить, что не помешало ей вскоре стать любовницей сэра Гамильтона, а через пять лет выйти за него замуж. Свадьба была своеобразной местью Чарльзу, которого престарелый дядюшка мог теперь исключить из своего завещания на наследство, оставив все состояние жене.
В 1791 году брак был освящен в церкви Святой Марии в Лондоне. Супруга сэра Гамильтона имела право на все принятые в обществе знаки почтения и тут же этим воспользовалась, уговорив мужа представить ее сестре неаполитанской королевы Марии-Антуанетте. Вскоре она близко сошлась с самой неаполитанской королевой. Они стали неразлучными подругами. Леди Гамильтон была чрезвычайно хитра, многие обвиняли ее в чрезвычайном злословии и любви к сплетням. Зная о том, что сэр Вильям доверяет супруге важные тайны, королева нередко склоняла ее к откровенности, а порой и сама раскрывала ей государственные секреты. Так, из этих доверительных разговоров до английского правительства дошли сведения о приготовлении Испании к войне.
Эмма стремилась блистать в обществе. Она окружала себя ореолом таинственности, который старалась поддерживать с помощью своего незаурядного актерского таланта. Гете, путешествуя по Италии, однажды был приглашен в дом сэра Вильяма. Впоследствии он сделал в своем дневнике запись следующего содержания: «Сэр Вильям Гамильтон... после долгих лет увлечения искусством и природой увенчал свои успехи в этой области, найдя себе прекрасную женщину... Это двадцатилетняя англичанка, красивая и чудесно сложенная. Он велел ей сшить очень идущие к лицу греческие одежды, и она ходит в них с распущенными волосами... В неустанном движении и постоянной сменяемости можно видеть то, что желали бы изобразить тысячи артистов: вот она смотрит серьезно, грустно, кокетливо, с удивлением поднимает глаза, скромно опускает их, поглядывает то соблазнительно, то со страхом, то грозно... К каждому выражению лица она умеет задрапироваться шарфом и в сто разных способов украсить им голову. Старый муж не может насмотреться и от всей души восхищается всем, что она делает».
В сентябре 1793 года в Венецию приехал контр-адмирал Гораций Нельсон, который прославился своей победой над флотом Испании. Он остановился в резиденции сэра Гамильтона и был представлен его жене. Нельсон, худощавый, небольшого роста, без правой руки, обладал кипучей энергией и был необычайно уверен в себе, поэтому и пользовался успехом у женщин. Вскоре леди Гамильтон и контр-адмирал стали любовниками. Состарившийся сэр Вильям знал об этом романе и ничего не предпринимал.
Нельсона беспрепятственно принимали в доме посла. Гораций писал об этом своей жене Фанни Гисбет. Леди Гамильтон также вела с ней переписку. Нельсон, и в этом нужно отдать ему должное, старался окружить жену всяческим вниманием и заботой. Однако трио не превратилось в квартет, и Фанни, по-настоящему любившая мужа, ушла от него.
Неизвестно, сколько бы просуществовал этот любовный треугольник, если бы не события исторического значения, в которых Нельсон принимал непосредственное участие. Он одержал победу над французами в битве при Абукире. Когда корабль с контр-адмиралом на борту вошел в гавань Неаполя, итальянцы чествовали его как освободителя. Его приветствовали король и королева, здесь же была и чета Гамильтонов. Эмма решила любым способом добиться того, чтобы ее имя зазвучало вместе с именем легендарного адмирала. Вновь Эмме помог актерский талант. На глазах у всех она изобразила обморок и с возгласом: «О Боже, неужели это возможно!» — упала на руки Нельсона.
Несмотря на то что Эмма старалась не афишировать свои отношения с Горацием, его личная жизнь порой оказывала ощутимое влияние на служебные дела. Так, Нельсон не подчинился приказу выехать из Неаполя, чтобы соединиться с адмиралом Кейтом, потому что Эмма была против. В 1799 году российский император Павел I, Великий магистр Мальтийского Ордена, вручил Нельсону орден, который так понравился леди Гамильтон, что она пожелала иметь такой же в числе своих драгоценностей. Император наградил Крестом и Эмму, объяснив вручение награды ее заслугами по оказанию помощи жителям острова. Однако орденом могла обладать женщина знатного происхождения, ведущая к тому же целомудренный образ жизни. Ни того, ни другого леди Гамильтон о себе утверждать не могла, поэтому император должен был искать еще одно объяснение своему волеизъявлению. Он сказал, что орден вручен в знак особой признательности за дар в виде 10 тысяч ливров и транспорт из Сицилии, якобы предоставленные Эммой.
Итак, авантюристка оказалась на вершине успеха. Однако сэра Вильяма отозвали от должности, и ему приказано было возвращаться в Лондон. Чтобы сохранить все, как было, Нельсон обещал неаполитанскому королю Фердинанду остров Мальту, на что не имел никаких оснований. В результате за свою самоуверенность он поплатился изгнанием из Неаполя и вместе с Гамильтонами отправился в Лондон.
В столице Англии Эмму ждала встреча с Чарльзом Гревиллем, который после десятилетней разлуки был неприятно поражен чрезмерной пышностью ее форм. Нельсон же тем временем объяснился с женой, после чего они расстались. Эмму, готовую уже торжествовать победу, общественное мнение осудило за разрушение семьи.
Горация вскоре произвели в вице-адмиралы, и он вынужден был отбыть на военные действия против Дании. Эмма родила дочь, которую назвали Горацией и решили скрыть. Девочку отдали на воспитание няне, которой приказали строго хранить тайну ее происхождения. Горация должна была узнать, что ее приемным отцом является лорд Нельсон. Имя же матери для нее оставалось неизвестным.
В письмах к леди Гамильтон Нельсон вел себя как ревнивый любовник. Эмма же доводила его до бешенства, рассказывая об ухаживаниях Гревилля или о приглашении на ужин к князю Валии. Однако эта тема вскоре сменилась мечтами о совместной жизни там, куда не докатится злая молва их мнимых друзей. В одном из писем Нельсон впервые назвал Эмму своей женой. Они действительно переехали в небольшой дом в Мертоне, неподалеку от Лондона. Однако их совместная жизнь длилась недолго: 21 октября 1805 года Нельсон погиб, разгромив французский флот в битве при Трафальгаре. Сэра Гамильтона к тому времени уже тоже не было в живых. Практически все свое состояние он завещал Чарльзу Гревиллю, а неверной супруге оставил лишь 700 ливров ежегодной пенсии.
Оставшись без покровительства мужа и любовника, леди Гамильтон чувствовала себя потерянной. Нельсон позаботился о будущем возлюбленной и дочери. Эмма получила от него в наследство солидное состояние, но в скором времени все пустила на ветер. В результате она попала в долговую тюрьму, где заболела желтухой. В этом же году Томас Ловелл опубликовал «Письма лорда Нельсона к леди Гамильтон» в двух томах. По-видимому, автору удалось выкрасть хранившиеся у Эммы послания. Книги вызвали у читателей живой интерес, уничтожив вместе с тем остатки репутации легкомысленной леди. Вместе с репутацией развеялась, как дым, надежда на пенсию.
Выбраться из тюрьмы ей помог случай. Эмму разыскал служивший вместе с великим адмиралом офицер, который вручил ей мундир Нельсона, заплатил залог и помог бежать во Францию. Имея в кармане 50 фунтов, леди Гамильтон вместе с Горацией поселилась в дорогом отеле в Кале. Быстро потратив все деньги, она вынуждена была обратиться за помощью к семье Нельсона, которая не смогла ей отказать.
Последние годы своей жизни Эмма провела вместе с дочерью в местечке Сант-Пьерре, расположенном в двух милях от Кале. Она часто болела и умерла 15 января 1815 года. Место, где она похоронена, осталось неизвестным.