Uma Karuna Thurman nagyapja svéd nemes volt, női felmenői modellként boldogultak, a nagymamájáról mintázott meztelen szobor ma is áll az egyik svéd kikötőben. Pszichoterapeuta anyjának első férje, később Uma keresztapja az "LSD-pápa" Timothy Leary volt, apja az első amerikai, akiből tibeti szerzetes lett (később egyetemi professzorként a keleti vallásokkal foglalkozott). A tarka családi és kulturális háttér, az utazások, a társasági élet formálták Uma jellemét.

A félszeg lány sokáig csak 183 centis magasságával rítt ki kortársai közül, azt viszont hamar eldöntötte, hogy színésznő lesz. Tizenöt évesen költözött New Yorkba, ahol előbb mosogató, később modell lett, mígnem Hollywood is felfedezte. Tizennyolc évesen már túl volt a fülledt erotikájú, Choderlos de Laclos levélregényéből készült Veszedelmes viszonyokon, a parádés szereposztású alkotásban egy hamvas és romlatlan, cselszövők által megrontott fiatal lányt játszott. Ezután sorra kapta az energikus, élni vágyó, kissé szertelen személyiségéhez illő szerepeket: a botrányszagú, szigorúan korhatárosnak besorolt Henry és June-ban ő volt a biszexuális feleség, játszott Robin Hood- és Batman-filmben, sikeres és kevésbé sikeres vígjátékokban.

Az igazi áttörést Hollywood "fenegyerekének", Quentin Tarantinónak köszönheti, aki a kultikussá vált Ponyvaregényben rá osztotta a femme fatale szerepét. (Thurman először nemet mondott, a rendező így telefonon olvasta fel neki a forgatókönyvet, hogy véleménye megváltoztatására bírja.) A filmtörténetbe is bevonult a fekete parókás Uma és a magát is parodizáló John Travolta mezítlábas táncjelenete, alakításáért Oscar-díjra jelölték.

Tarantino neki adta az abszolút főszerepet az egyszerre frappáns és szatirikus, a 70-es évek kung-fu és spagetti-western filmjei előtt tisztelgő Kill Bill-sorozatában is. A rendező annyira Thurmanra szabta az elpusztíthatatlan, bosszúálló bérgyilkosnő figuráját, hogy inkább megvárta, amíg kedvenc színésznője visszatér a szülési szabadságról.

Thurman több tucatnyi, egyenetlen színvonalú és a legváltozatosabb műfajú filmben próbálta ki magát, ezek közül jó néhány bukásnak bizonyult. Legutóbb Magyarországon forgatta Bel Ami című filmjét, s tervei közt szerepel egy Marlene Dietrichről vagy Greta Garbóról szóló film is.

A magánéletében nincs szerencséje, kétszer ment férjhez és kétszer vált el, három évig egy magyar származású szállodatulajdonossal élt együtt, s tavaly szakított bankár vőlegényével.

A nagy (43-as méretű) lábon élő színésznő évekig volt a francia Lancome kozmetikai cég arca, még egy rúzsárnyalatot is elneveztek róla, néhány éve a Luis Vutton divatcéget hirdeti, s több magazin beválasztotta a legszexisebb nők közé.

Az elmúlt amerikai elnökválasztáson John Kerry jelölt kampányát támogatta, többször felemelte szavát az abortusz jogának korlátozása ellen, illetve a fegyvertartás szigorításáért.