Rebecka Hemse började 1993 på teaterlinjen vid Södra Latins gymnasium och anslöt sig kort därefter sig till Teater Galeasen. Hon fick sitt genombrott på teaterscenen 1994, då hon nitton år gammal spelade titelrollen i Frank Wedekinds drama Lulu på Malmö Stadsteater. Hemse hade då redan långfilmsdebuterat i ungdomsfilmen Sökarna, och har senare bland annat varit med i Marie-Louise Ekmans film Nu är pappa trött igen och i filmatiseringen av Lars Noréns pjäs Detaljer. Hon är känd för den breda publiken i rollen som Inger, dotter till kommissarie Beck, i Beck-filmerna mellan 1997 och 2016. Hemse har även medverkat i ett flertal TV-serier så som 30 grader i februari.

År 2004 blev Hemse anställd på Kungliga Dramatiska Teatern i Stockholm, där hon haft roller i bland annat Mats Eks uppsättning av Ett drömspel, Staffan Valdemar Holms uppsättning av Hamlet och Sara Stridsbergs Beckomberga. Just nu är hon aktuell i Eirik Stubøs uppsättning av Ingmar Bergmans Den goda viljan.