Мендес родилась в Майами в семье кубинских иммигрантов, но выросла в Лос-Анджелесе, штат Калифорния. В 1992 году окончила среднюю школу имени Герберта Гувера в Глендейле, затем училась в Университете штата Калифорния в Нортридже на дизайнера интерьеров, но оставила обучение ради актёрской карьеры.
Мендес начинала со съёмок в рекламе, видеоклипах (она снялась в клипах «Hole In My Soul» группы Aerosmith и «Miami» Уилла Смита) и играла эпизодические роли в телесериалах и фильмах с низким бюджетом. Прорыв в её актёрской карьере произошёл после фильма «Тренировочный день», где она исполнила ведущую женскую роль. Фильм получил несколько наград и был тепло встречен критиками, а Мендес запомнилась ещё и тем, что предстала в картине полностью обнажённой.
После этого актрису стали приглашать в серьёзные проекты с сильным актёрским составом: в комедии «Застрял в тебе» и «Правила съёма: Метод Хитча», триллер «Вне времени», боевики «Двойной форсаж» и «Однажды в Мексике» (за последний фильм Мендес получила номинацию на Teen Choice Awards). В феврале 2007 года на экраны вышел фильм «Призрачный гонщик», в котором она исполнила роль подруги главного героя, Призрачного гонщика.
Мендес является моделью, рекламирующей продукцию компании «Ревлон». В 2006 году журнал Maxim отдал ей 27 строчку своего рейтинга Hot 100.
С сентября 2011 года Ева состоит в отношениях с актёром Райаном Гослингом[6][7]. У пары есть две дочери: Эсмеральда Амада Гослинг (род.12.09.2014)[8] и Амада Ли Гослинг (род.29.04.2016)[9]. В 2022 году они поженились[10].