Ha demostrado ser una de las actrices jóvenes más polifacéticas, interpretando una amplia gama de apasionantes personajes. Hija de un psicólogo y de una profesora de universidad, Thurman creció en Amherst, Massachusetts y en Woodstock, Nueva York. Iba a clase en un colegio privado en Nueva Inglaterra, donde fue descubierta a la edad de quince años por dos agentes neoyorquinos. A los dieciséis comenzó a estudiar en el Professional Children´s School, en la ciudad de Nueva York, con el objetivo de iniciar una carrera como actriz.
Thurman se dio a conocer al público en 1988, cuando pasó de Johnny Be Good junto a Anthony Michael Hall, a un llamativo papel de Venus sobre la media concha en la película de fantasía de Terry Guillian, "The adventures of Baron Munchausen" (Las aventuras del Barón Munchausen) (1998). volvió a recibir elogios de la crítica mundial con su tercera película, por su representación de una joven y virginal doncella del siglo XVIII, Cecile de Volanges, que es seducida por un cruel John Malkovich en la película de Stephen Frear "Dangerous Liaisons" (Las amistades peligrosas).
Desde el principio, la carrera de Thurman ha estado claramente definida por una elección de papeles y colaboradores inteligente y muy selectiva: Prohibidas las típicas películas comerciales. Al año siguiente actuó para el atrevido director Philip Kaufman en "Henry & June" (El diario íntimo de Anaïs Nin) (1990) en el papel de la esposa neurótica y bisexual del bohemio novelista arquetípico Henry Miller (Fred Ward).
En "Mad Dog and Glory" (La chica del gángster), 1993 interpretó a una camarera que se convierte en la sirviente de Robert De Niro para salvar la vida de Murray. Su película más excéntrica hasta la fecha es "Even Cowgirls Get the Blues" (Ella también...), 1994, de Gus Van Sant, basada en la novela de Tom Robbins, en la que encarna a Sissy Hankshaw, una hippie bisexual que se dedica a hacer auto-stop.
En 1996, Thurman fue nominada al Premio de la Academia por su actuación en la elogiada película de Quentin Tarantino, "Pulp Fiction", en la que interpretaba a Mia Wallace, la atractiva y cómica mujer de un gángster. A finales de ese mismo año, pudimos verla en la película romántica de época "A Month by the Lake" (Un mes en el lago), junto a Vanessa Redgrave y en la historia de amor contemporánea "Beautiful Girls", dirigida por Ted Demme. La siguientes apariciones de Thurman fueron en "The Truth About Cats and Dogs" (La verdad sobre perros y gatos) (1996) , "Batman & Robin" (Batman y Robin) (1997), "Gattacca" (1997), (1998) y en "The Avengers" (Los vengadores) (1998). En la primavera de 1999, hizo su debut teatral en una versión actualizada de "El Misántropo" de Molière en el Classic Stage Company de Nueva York.
Entre sus películas más recientes se incluyen "Sweet And Lowdown" (Acordes y desacuerdos), de Woody Allen, que protagonizó junto a Sean Penn y Samantha Morton. Vatel, junto a Gérard Depardieu y Tim Roth. la adaptación que Merchant/Ivory realizó de la obra de Henry James "The Golden Bowl" (La copa dorada), con Nick Nolte como compañero de reparto; y "Tape" con Ethan Hawke y Robert Sean Leonard, por la que fue nominada para el premio Independent Spirit Award en la categoría de Mejor Actriz Secundaria.
Hace poco, Thurman produjo y protagonizó la película de la cadena HBO, "Hysterical Blindness", dirigida por Mira Nair, junto a Juliette Lewis y Gena Rowlands. En 2003 ganó el Globo de Oro a la Mejor Actriz por su retrato de Debby Miller en la película y fue nominada para los Premios SAG. Su último estreno ha sido el thriller futurista de John Woo "Paycheck" (2003), en la que comparte protagonismo con Ben Affleck y Aaron Eckhart. Entre sus proyectos más próximos se incluyen "Be Cool" (2004), la adaptación que F.Gary Grey ha realizado de la secuela de Elmore Leonard de Get Shorty, en la que John Travolta interpretará a Chili Palmer y la comedia romántica de Hugh Wilson "Accidental Husband".
