Uma Karuna Thurman 29 Nisan 1970'de Boston'da dünyaya geldi. Annesi Nena, bir psikoterapist iken babası Robert A.F. Thurman, Tibetli Budist bir rahip ve aynı zamanda Colombia Üniversitesi profesörüydü. Dechen, Ganden ve Mipam adında 3 erkek kardeşi var. Thurman ailesi Budizme inandıkları için çocuklarına bu Hint isimlerini verdiler. (Uma ismi, 'kutsal bağışlayıcı' anlamına geliyor.)
Günümüzün bütün güzel oyuncuları gibi Uma Thurman'da okul hayatını pek sevmedi. Uzun boyu, zayıf görüntüsü ve nadir duyulan ismiyle huysuz bir çocuktu. Bugün güzel yüzüne değişik bir anlam kattığı düşünülen burnu çocukluk dönemlerinde en büyük mutsuzluk kaynağıydı.
İlkokulda oynadığı bir tiyatro oyununda çok beğenilmesinden sonra, oyunculuğun hayatında yapmak istediği tek şey olduğuna karar verdi ve lise mezunu olmak yerine çantasını toplayıp New York yollarına düştü. New York'tayken fatura ödeme veya bulaşıkçılık gibi işlerde çalışmak zorunda kaldı. Daha sonraları daha nitelikli bir iş olan modellik yapmaya da başladı. Uma'nın sinema oyunculuğu için bulaşık eldivenlerini bir köşeye atması çok uzun sürmedi.
1987'deki Kiss Daddy Goodnight filmindeki vampir rolünden sonra, Johnny Be Good ve The Adventures of Baron Munchausen filmlerinde oynayarak dikkatleri üzerinde çekmeye başardı. Fakat, 1988'deki Dangerous Liaisons filminden sonra daha erotik bir imaj sergilemeye başladı. Sinema dünyasında geçici bir yüz olmak istemediği için İngiltere'ye gitti fakat Amerika'da onu birçok rol beklediği için kısa sürede geri döndü. 1990'da Henry&June filmindeki biseksüel rolü bile, Uma'nın seks objesi imajını ortadan kaldıramadı.
Final Analysis, Jennifer 8, Mad, Dog and Glory ve Even Cowgirls Get The Blues filmlerinde başrolü oynamasına rağmen, kendisine yardımcı kadın oyuncu dalında Oscar kazandıran tuhaf mizaçlı ve kokain kullanan Mia Wallace rolü oldu. Beautiful Girls ve The Truth Behind Cats and Dogs gibi filmlerden sonra Uma komedi alanında da başarılı olduğunu kanıtladı. Daha sonra, Poison Ivy rolüyle Batman&Robin'de, Les Miserables'de, bilim-kurgu Gattaca'da ve Emma Peele rolüyle The Avengers'da izleyiciyle buluştu.
Gattaca'nın erkek başrol oyuncusu Ethan Hawke ile evlenen oyuncu, Maya Ray (1998) ve Roan'ı (2002) dünyaya getirdi. 1990'dan 1992'e kadar aktör Gary Oldman ile evli olan Uma'nın sevgili listesinde Timothy Hutton ve Robert De Niro'da yer alıyor.
Woody Allen'ın Sweet and Lowdown filminde oynadıktan sonra modellik günlerine geri döndü ve 2000 yılında Fransız kozmetik firması Lancome'da model ve reklam sözcüsü olarak çalışmaya başladı. Empire Magazine'nin sinema tarihindeki en seksi 100 bayandan biri olarak kabul ettiği Uma'yı 1900'lerde geçen The Golden Bowl'da zengin bir mirasçı olarak başrolde izledik. Ayrıca Gérard Depardieu ile başrolleri paylaştıkları 1600'lerde geçen Vatel'de ise onu, Depardieu'nün aşık olduğu kadın rolünde izledik.
