Uma Thurman comenzó su carrera en compañía de tres de los realizadores más celebrados de la industria, en su segundo, tercer y cuarto proyectos: como la diosa Venus en la fantasía de Terry Gilliam "Las Aventuras del Barón Munchausen", a la que siguió el papel de la muchacha recluida en un convento del siglo XVIII en "Las Amistades Peligrosas", de Stephen Frears, que fue candidata al Oscar; y su papel protagonista junto a Fred Ward y Maria de Medeiros en la controvertida biografía cinematográfica de Philip Kaufman, "Henry y June", en la que se hizo cargo del papel de la neurótica y exótica esposa bisexual del autor Henry Miller.

Unos años después (en 1994), figuraría en la lista de aspirantes al Premio de la Academia, al Globo de Oro, al SAG y al BAFTA en la categoría de Mejor Actriz Secundaria por su interpretación de Mia Wallace, la atractiva esposa del gángster en "Pulp Fiction", de Quentin Tarantino, aclamada por la crítica y galardonada con un Oscar.

Hija de una psicóloga y un profesor de universidad, Thurman se crió en Amherst (Massachusetts) y en Woodstock (Nueva York). Fue alumna de una escuela preparatoria de Nueva Inglaterra, donde, a los quince años, fue descubierta por dos agentes artísticos de Nueva York. A los dieciséis se trasladó a la Escuela Profesional para Jóvenes de Nueva York para emprender una carrera de actriz.

Debutó en el cine dando la réplica a Anthony Michael Hall en la comedia de 1987 "Johnny Superstar". En los años siguientes, encarnó a una las tres malcriadas hijas de Dabney Coleman en la comedia de John Boorman "Donde Está el Corazón". Después, intervino junto a Richard Gere y Kim Basinger, encarnando a una convincente enferma sometida a terapia, en el thriller de Phil Joanou "Análisis Final". A continuación volvió a trabajar con el actor John Malkovich en el thriller "Jennifer 8", en el que daba vida a la novia ciega de Andy Garcia, Helena; antes, había regresado a la comedia con la nada convencional creación de John MacNaughton "La Chica del Gángster", en el papel de una camarera que se ve obligada a trabajar como criada de un tímido policía forense, encarnado por Robert De Niro, después de que éste haya salvado accidentalmente la vida de un gángster (Bill Murray). Su siguiente proyecto fue también poco convencional, la película de Gus Van Sant "Ellas También se Deprimen", en la que interpretaba a Sissy Hashaw, una experta autoestopista hippie y bisexual.

Después de ser candidata al Oscar por "Pulp Fiction", la vimos en el romance de época "Un Mes en el Lago", con Vanessa Redgrave, y en el contemporáneo "Beautiful Girls", dirigida por el difunto Ted Demme. La lista de intervenciones cinematográficas de Thurman en la segunda mitad de los años noventa incluye "La Verdad Sobre Perros y Gatos", "Batman y Robin", "Gattaca", de Andrew Niccol; "Los Miserables, la Leyenda Nunca Muere", junto a Liam Neeson, y "Los Vengadores", la interpretación cinematográfica de la clásica serie de televisión de los años sesenta. Clausuró la década con su debut en escena en una versión actualizada de "El Misántropo" de Moliere, con la Compañía de Teatro Clásico de Nueva York.

El currículo de Thurman en el cine se completa con títulos como la película de Woody Allen "Acordes y Desacuerdos", junto a Sean Penn y Samantha Morton; la de Roland Joffe "Vatel", con Gerard Depardieu y Tim Roth; la producción de Merchant/Ivory "La Copa Dorada", con Nick Nolte y Anjelica Huston; el thriller de John Woo "Paycheck", y "Tape", por la que fue candidata a un Premio Independent Spirit a la Mejor Actriz Secundaria. Thurman atrajo más atención de las entidades que conceden premios por su papel protagonista en la película de HBO, "Ciegas de Amor", con el que logró en 2003 el Globo de Oro a la Mejor Actriz, además de ser candidata al Premio SAG.

Cuando volvió a trabajar con el realizador Tarantino, recibió otras dos candidaturas al Globo de Oro por su interpretación del personaje vengador ‘La Novia’ en las películas gemelas de acción "Kill Bill: Vol. 1" y "Kill Bill: Vol. 2". De nuevo trabajó con el actor John Travolta en "Be Cool", continuación del éxito "Cómo Conquistar Hollywood", protagonizando después junto a Meryl Streep la comedia romántica "Secretos Compartidos", antes de hacerse cargo del pintoresco papel de la atractiva secretaria Ulla en la versión cinematográfica del aplaudido musical que Mel Brooks representó en Broadway, "Los Productores".

A ello le siguió la comedia romántica "Mi Súper Ex Novia"; su trabajo como productora y protagonista de la película de Griffin Dunne "The Accidental Husband"; su interpretación junto a Evan Rachel Wood en "La Vida Ante sus Ojos", de Vadim Perelman, y un papel importante en "My Zinc Bed", basada en la obra de David Hare. Recientemente ha protagonizado la comedia independiente "Una Mamá en Apuros", con Minnie Driver y Anthony Edwards en otros papeles del reparto.