Paul Thomas Anderson s-a nascut in ziua de Anul Nou, 1 Ianuarie 1970, in Studio City, California. Creste in The Valley, unde in anii '70 prospera industria porno. Devine obsedat de filmele porno de la o varsta frageda. Mai fascinat de mediul pornografic decat de scoala, se dovedeste a fi un elev foarte prost si in clasa a 6-a este dat afara din scoala din pricina comportamentul neadecvat.
Pasionat de regie, Andreson realizeaza primul film in liceu: un documentar de 30 de minute intitulat Dirk Diggler, inspirat dintr-un articol despre actorul de filme porno John Holmes si dotarile acestuia de 33 cm. Documentarul va fi mai tarziu dezvoltat in lungmetrajul Boogie Nights cu Mark Wahlberg, filmul care va atrage atentia asupra sa.
Pentru a-si cultiva pasiunea pentru film se inscrie la universitatea de film din New York pe care o va parasi dupa doua zile.
Isi incepe cariera in domeniul audio-vizualului ca asistent de platou pentru diverse filme TV si clipuri. In 1992 realizeaza un nou scurtmetraj Cigarettes and coffee (a nu se confunda cu colectia de scurtmetraje Coffee and Cigarettes al lui Jim Jarmusch). Scurtmetrajul este difuzat in cadrul festivalului de la Sundance din 1993. Dupa acest pas, Anderson ia calea Hollywood-ului, unde debuteaza cu lungmetrajul Sydney, reintitulat Hard Eight. Lansat in 1996 filmul se dovedeste o catastrofa pentru tanarul regizor care este concediat de casa de productie, care nu-i permite sa-si distribuie propria versione a filmului pana in momentul in care Anderson il inscrie in taina la festivalul de la Cannes, unde este apreciat. Cu exceptia catorva impresii pozitive, filmul trece neobservat.
Filmul care-l va scoate din anonimat va fi Boogie Nights la care Anderson incepe sa scrie inca din timpul productiei la Hard Eight. Creatia ii va aduce numeroase premii printre care doua Globuri de Aur si trei Oscaruri. Urmeaza un nou succes in 1999 cu filmul Magnolia. Urmatoarea creatie este Punch Drunk Love, un film care in ciuda marketingului si a unui premiu la Cannes pentru cea mai buna regie, nu rezoneaza cu publicul.
Dezamagit de lipsa de reactie a publicului la ultimul film, Anderson isi ia un job de asistent la productia unui film (A Prairie Home Companion) marca Robert Altman, unul din idolii sai. Acest lucru il inspira si-l reincarca creativ, si in 2007 lanseaza filmul There will be blood cu Daniel Day Lewis in rolul principal.