Küba kökenli Eva Perez Suarez ve Juan Carlos Mendez çiftinin 4 çocuğunun en küçüğü olarak Miami'de doğdu. Juan Carlos (1963–2016) ve Carlo adında iki erkek, Janet adında bir kız kardeşi bulunmaktadır. Ağabeyi Juan Carlos, 2016'nın Nisan ayında gırtlak kanseri nedeniyle hayatını kaybetmiştir. Eva Mendes, anne-babasının boşanmasının ardından annesiyle Los Angeles'a taşındı ve burada büyüdü. Hoover Lisesi'ni bitirdi. California State Üniversitesi'nde pazarlama okudu, ancak oyunculuk kariyeri için yarım bıraktı. 1998'de Roxbury'de Bir Gece filminde küçük bir rolde göründü. 2001'de oynadığı Denzel Washington ve Ethan Hawke ile oynadığı İlk Gün (Training Day) filmi sayesinde daha büyük kitlelerce tanındı. Hızlı ve Öfkeli serisinin 2. filmi 2 Fast 2 Furious'ta Monica Fuentes'i canlandırdı. 2005'te oynadığı romantik komedi Hitch'te başrolü Will Smith ile paylaştı. 2012'de The Place Beyond the Pines filminde, Ryan Gosling ve Bradley Cooper ile kamera karşısına geçti.
George Augusto ile 2002'den 2010'a kadar birliktelik yaşamıştır. 2011'den bu yana The Place Beyond the Pines filminin çekimlerinde tanıştığı Kanadalı aktör Ryan Gosling ile birlikte olan Mendes'in Esmeralda Amada (d. 2014) ve Amada Lee (d. 2016) adında iki kız çocuğu bulunmaktadır. Ayrıca Crazy Legs Beshee adında, çocukluk yıllarında yaşadığı olaylardan esinlenerek bir çocuk kitabı kaleme almıştır.