1997年，关晓彤出生于北京市的一个艺术世家，祖父关学曾是北京琴书大师，父亲关少曾是影视演员，由于家庭文化的熏陶，她从小也热爱艺术，喜欢舞蹈和钢琴。4岁半的时候，关晓彤和父亲关少曾一起拍戏，自此出道。
2001年，关晓彤与郭晓冬合作出演《暖》中的丫。2003年，关晓彤在《惊心动魄》中饰演双双。同年，关晓彤在《电影往事》中饰演江玲玲。2005年，关晓彤在《太阳》中饰演小袁亮；同年，在《情满山乡》中饰演秦芳。随后，在《红山雨》中饰演小孙女。
2005年12月15日，陈凯歌导演的电影《无极》公映，关晓彤在电影中饰演小倾城，同年在《回家》中饰演芬芬。2017年1月27日，央视春晚桂林分会场，关晓彤、马天宇、王嘉合唱《带着月光上路》。2017年3月，关晓彤把自己一边当学生一边当演员的丰富经历都随手记录下来，汇成随笔集《不知愁滋味》并出版。
2017年9月17日，关晓彤演唱的歌曲《都二十了》发行。2017年10月4日，关晓彤参加2017年中央电视台中秋晚会。
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