В 1999 году стартовал отбор на главные роли в фильме «Гарри Поттер и философский камень», экранизацию одноимённого бестселлера британской писательницы Джоан Роулинг. Главным для создателей фильма был выбор актёров на роль Гарри Поттера и его друзей Гермионы Грейнджер и Рона Уизли. Эмма пошла на этот отбор по совету своей школьной учительницы театрального мастерства. Продюсеры фильма были удивлены уверенностью девочки. После восьми прослушиваний Эмме Уотсон, Дэниелу Рэдклиффу и Руперту Гринту сообщили, что они утверждены на роли Гермионы Грейнджер, Гарри Поттера и Рона Уизли соответственно. Сама Роулинг поддержала этот выбор.
Дебют Эммы в роли Гермионы состоялся в 2001 году, когда на экраны вышла первая часть саги о Гарри Поттере. Фильм побил все рекорды по кассовым сборам и в том же году был признан самым успешным с точки зрения коммерческого проката. Критики очень лестно отозвались о работе тройки молодых актёров. The Daily Telegraph назвал игру Эммы «замечательной», а по мнению IGN она «затмила всех». Эмма Уотсон была удостоена пяти номинаций за эту роль и выиграла премию Young Artist Award в категории «Лучшая молодая актриса».