Agata Buzek ist die Tochter des ehemaligen polnischen Ministerpräsidenten und Präsidenten des Europäischen Parlamentes Jerzy Buzek. Mitte der 1980er-Jahre erkrankte sie an Kinderlähmung und ging mit ihrer Familie für zwei Jahre nach Deutschland, wo sie erfolgreich behandelt werden konnte. Sie schloss ihre Schauspielausbildung an der "Akademia Teatralna Warschau" 1999 ab und arbeitet neben der Schauspielerei als Model in Paris. Ihr Filmdebüt gab sie 1997. Ihr Theaterdebüt hatte sie 1999 am "Teatr Ateneum" in Warschau. Seit 2006 ist sie verheiratet. 2007 übernahm sie eine Rolle in der Folge "Fettkiller" der deutschen Krimi-Reihe "Tatort". Die Folge wurde am 30. Dezember 2007 in der ARD ausgestrahlt. 2008 spielte sie die Maria in der Folge "Eine Maria aus Stettin" der deutschen Krimiserie Polizeiruf 110, die am 21. September 2008 ausgestrahlt wurde. Für ihre Rolle in dem Film "Rewers" wurde sie 2009 auf dem Polnischen Filmfestival Gdynia mit dem Darstellerpreis ausgezeichnet und 2010 mit dem Polnischen Filmpreis. Auf der Berlinale 2010 wurde sie als eine von zehn Nachwuchsschauspielern mit dem europäischen Shooting Star ausgezeichnet.