Бузек занималась в балетной школе в Гливице, училась в драмкружке Дороты Помыкалы в Катовице, в 1999 году окончила Театральную академию имени Александра Зельверовича в Варшаве.
К этому времени Бузек уже имела на своём счету несколько актёрских работ, в 1997 году состоялся её экранный дебют в телеспектакле «Жемчужина» , а через год вышел первый фильм с её участием — романтическая комедия Роберта Глински «Люби и делай, что хочешь» . Исполнение Бузек роли принцессы Паветты в мини-сериале 2001 года «Ведьмак» было отмечено критиками.
В 2002 году она была номинирована на национальную кинопремию «Орлы» за лучшую роль второго плана в исторической драме «Месть» . Хотя картина принесла актрисе известность и сделала её востребованной, Бузек предпочла переехать в Париж и стать фотомоделью.
В кино Бузек вернулась в 2006 году, исполнив титульную роль в немецкой драме «Валерия» о фотомодели, оказавшейся невостребованной. Настоящим творческим прорывом для Агаты Бузек стала главная роль в мелодраматическом триллере 2009 года «Реверс» , за которую она была удостоена премии «Орлы» как лучшая актриса, а также получила приз зрительских симпатий имени Збигнева Цибульского.
На 60-м Берлинском международном кинофестивале Бузек была отмечена премией Shooting Stars как одна из восходящих звёзд европейского кино.Помимо актёрской карьеры Бузек занимается общественной деятельностью.
В 2004 году она была иностранным наблюдателем на президентских выборах на Украине. Бузек поддерживала движение за демократизацию Белоруссии, участвовала в кампании по сбору средств на строительство колодцев в Судане, а также является членом зоозащитной организации Viva.