Uma Karuna Thurman, quien comenzó como modelo profesional para luego dedicarse a la actuación, nació en Boston, el 29 de abril de 1970.
Era frecuentemente molestada por su elevada estatura, su nombre raro y la talla de sus pies. Cuando tenía 10 años una amiga de su madre sugirió hacerle una rinolplastía, sugerencia que la mortificó durante años. Este fue uno de los muchos incidentes que la llevaron a sufrir dismorfobia, un desorden mental que implica una imagen distorsionada del cuerpo.
No era hábil en los deportes y sus calificaciones eran sólo regulares, pero destacó en actuación desde muy joven. Después de aparecer en una representación de The Crucible (El crisol) fue llamada por cazatalentos que la convencieron de actuar profesionalmente. Dejó la escuela para buscar una carrera en actuación en Nueva York y para asistir a la Professional Children's School, la cual abandonó antes de graduarse.
Hizo su debut cinematográfico en 1988 participando en cuatro filmes. El primero fue la comedia estudiantil Johnny Superstar y luego el film de suspense juvenil Kiss Daddy Goodnight. Ambas películas tuvieron solo un éxito marginal.
Su rol como Cecile de Volanges en Las amistades peligrosas en 1988, fue el que le dio la fama y atrajo la atención de la industria cinematográfica y del público. Uma recibió una desmedida atención, especialmente por su escena de desnudo. Se sintió perturbada por esta situación y se trasladó a Londres donde pasó casi un año, durante el cual solo usó ropas holgadas.
Poco después revistas y otros medios comenzaron a entrevistarla y las productoras de cine le ofrecieron nuevos papeles. Recibió también elogios de sus colegas en la película, por su profesionalidad.
Fue candidata al Oscar a la mejor actriz de reparto y ganó un Globo de oro por la película Ciegas de amor, un telefilme en el que también trabajó como productora ejecutiva.
Después de cinco años alejada de papeles principales, reapareció en 2003 en el filme de John Woo Paycheck, y en su nueva colaboración con Quentin Tarantino, Kill Bill. Paycheck fue discreta con los críticos y la taquilla, pero Kill Bill relanzaría su carrera.
Para 2005, se había convertido en una de las actrices mejor pagadas de Hollywood ganando un salario de 12,5 millones de dólares por película.
Con una exitosa carrera en el cine, volvió a convertirse en una solicitada modelo. La compañía de cosméticos Lancôme la escogió como la imagen de sus productos. En 2005, fue contratada para una función similar por la casa de modas francesa Louis Vuitton.
El 7 de febrero de 2006, recibió la condecoración de Caballero de la Orden de las Artes y Letras de Francia, que se otorga en reconocimiento a logros en los campos del arte y la literatura.