Durante el verano de 1996, Freema Agyeman estudió en la Anna Scher Theatre School en Islington y estudió artes escénicas y teatro en la Universidad de Middlesex, graduándose en 2000. Inició su carrera profesional en la televisión británica con papeles secundarios en numerosas series. Agyeman hizo una audición para tres papeles en la serie de 2006 de Doctor Who. Agyeman finalmente fue confirmada a la prensa como la nueva compañera Martha Jones el 5 de julio de 2006. Entre la tercera temporada y la cuarta temporada de Doctor Who, Agyeman apareció en tres episodios de la segunda temporada del spin off de Doctor Who, Torchwood. La actriz continuó con papeles memorables de televisión, como Alesha Phillips en el drama Law & Order: Unites Kingdom (2009-2011), Amanita Caplan en el drama de ciencia ficción de Netflix Sense8 (2015-2018) y como la doctora Helen Sharpe en la serie médica de NBC New Amsterdam (2018-presente).