Uma Thurman s-a nascut la data de 29 aprilie 1970 in Boston, Massachusetts, SUA. La o varsta frageda, la 15 ani, a parasit bancile scolii pentru a deveni o stea de cinema, ceea ce a visat inca de mica. Ea este cel mai bine cunoscuta pentru aparitia in filmele lui Quentin Tarantino, in celebrul film Kill Bill Vol.1. Mutandu-se la New York, avea sa-si castige existanta din spalat vase si modelling. Uma Thurman locuieste în Hyde Park, New York. La 1 mai 1998, s-a casatorit cu actorul Ethan Hawke, după cele două întâlniri la filmarile filmului Gattaca.
Thurman a recunoscut ea insasi că s-au casatorit devreme deoarece ea a ramas gravidă iar la nunta lor, ea a fost in luna a saptea a sarcinii. Cuplul are doi copii, o fata Maya Ray Thurman-Hawke nascuta la data de 8 iulie 1998 și un baiat Levon Roan Thurman-Hawke nascut la data de 15 ianuarie 2002. În 2003, Thurman si Hawke vor sa divorteze iar in 2004 depune actele pentru divorț. Multe stiri din revistele mondene au declarat ca o cauza a divortului este faptul ca Hawke ca ar fi inselat-o pe Thurman cu un model canadian, Jen Perzow. Hawke ar fi negat faptul că o cauza a divortului ar fi fost infidelitatea, spunand ca adevaratul motiv ar fi fost cauzat de programul ei incarcat si lipsa sa indelungata din sanul familiei.
Pe numele complet Uma Karuna Thurman, ea este fiica lui Nena Thurman (născută Birgitte Caroline von Schlebrügge), model și psihoterapeut, managerul unui refugiu montan, și a lui Robert Thurman (Robert Alexander Farrar Thurman), profesor de studii budiste indo-tibetane la Columbia University School of Religion, primul occidental care a devenit călugăr budist tibetan. Uma a fost numită după o zeiță hindusă. Al doilea nume al ei, Karuna, înseamnă „compasiune”. Familia lui Robert se află în Statele Unite de multe generații, iar el are ascendență engleză, scoțiană-irlandeză (irlandeză de nord), scoțiană și germană. Mama Umei s-a născut în Mexico City, Mexic, dintr-un tată german și o mamă suedeză (care ea însăși era de origine suedeză, daneză și germană). Tatăl Umei, un newyorkez, are ascendență engleză, scoțienă-irlandeză, scoțienă și germană. Uma a crescut în Amherst, Massachusetts, unde tatăl ei a lucrat la Amherst College. Dalai Lama i-a influențat; ea și frații ei au toți nume care derivă din mitologia budistă. Frații ei sunt: Ganden, Dechen, Mipam. Are o soră vitregă născută în 1961, pe nume Taya Snow, dintr-o căsătorie anterioară a tatălui ei. Uma nu a avut o relație cu sora ei vitregă până la vârsta de 20 de ani. Tânăra Thurman a avut o viață excentrică acasă. Ea fiind foarte înaltă i-a dominat pe toți ceilalți din clasă. În copilărie purta în general cei mai mari pantofi din clasă, ceea ce o făcea subiect de ridicol. Chiar și nasul ei lung l-a determinat pe unul dintre prietenii mamei ei să-i sugereze rinoplastia lui Thurman, în vârstă de zece ani. Familia s-a mutat în mod constant, influențând pe Uma din punct de vedere social, fiind mereu noul copil din clasă. Rezultatul a fost o copilărie incomodă, singură, alienată. Acceptând să joace în piese de teatru, singura ei activitate extracurriculară de succes, Thurman, în vârstă de 15 ani, aflată la New York pentru a studia la liceu și a lucra în modeling, era în căutare de roluri. A început cu partituri stereotipe și uitate la Hollywood, dar a primit primele roluri, în Aventurile baronului Munchausen de Terry Gilliam, în Dangerous Liaisons de Stephen Frears, ambele în 1988, care au atras atenția asupra senzualității ei neortodoxe și a performanțelor care combinau inocența și mondenitatea. Fața ei ciudată și elegantă a devenit un simbol sexual peste noapte. A jucat apoi în filme, precum: Henry & June (1990, rolul soției, June), Mad Dog și Glory (1993), Even Cowgirls Get the Blues (1993), Pulp Fiction (regizat de Tarantino, 1994, rolul Mia Wallace pentru care Thurman a primit o nominalizare la Premiul Oscar), A Month by the Lake (1995), Beautiful Girls (1996), Adevărul despre câini și pisici (1996), Batman & Robin de Joel Schumacher (1997), Gattaca (1997), The Avengers (1998), Sweet and Lowdown, cu Woody Allen și Sean Penn (1999), Tape (2001, cu Ethan Hawke). Thurman a câștigat un premiu Globul de Aur pentru rolul ei din filmul pentru televiziune Hysterical Blindness (2002, regizat de Mira Nair). A continuat cu filmele: Kill Bill: Vol. 1 (2003, de Quentin Tarantino), Paycheck (2003), Kill Bill: Vol. 2 (2004, de Tarantino), cu John Travolta în Be Cool (2005), The Producers (2005, rolul Ulla). În plan personal, ea a fost căsătorită cu actorul Gary Oldman, din 1990 până în 1992; au divorțat; cu actorul Ethan Hawke, din 1998 până în 2004; au divorțat; au doi copii: Maya Hawke-Thurman (născută în 1998), Levon Thurman-Hawke (născut la 15 ianuarie 2002). A avut o relație cu actorul Timothy Hutton timp de aproximativ un an (1995-1996). A fost membră a juriului la Festivalul de Film de la Veneția, în 1994. Ea face parte din Consiliul de Administrație al Room to Grow, o organizație non-profit fondată de Rob Reiner, dedicată vieții copiilor născuți în sărăcie în primii 3 ani critici de dezvoltare. Unchiul ei, John Thurman, este un violoncelist profesionist care cântă cu Orchestra Simfonică din Detroit. Cartea fostului soț, Ethan Hawke, i-a fost dedicată ("Pentru Karuna"). În 2003, doi frați din Nijni Novgorod, Rusia, Serghei și Vladimir Kristovsky, au creat o trupă rusă numită după ea, dar scrisă Uma2rman. Au compus și o melodie dedicată ei cu titlul Uma Thurman. Era vorba despre modul în care Vladimir s-a îndrăgostit de ea. Cântecul a fost un succes uriaș și a ajuns chiar la unul dintre cele mai mari concerte ale anului din Rusia, numit Pesnya Goda, în 2005. A fost numită Cavaler al Ordinului Artelor și Literelor (Chevalier De l'Ordre Des Arts Et Des Lettres) de Franța, pe 7 februarie 2006. Quentin Tarantino o consideră muza lui. Uma și iubitul ei, hotelierul Andre Balazs, au avut o relație de trei ani și jumătate (din 2003 până în 2007). S-a logodit cu finanțatorul francez Arpad Busson, cunoscut sub numele de „Arki”, în iunie 2008. Au anulat logodna pe 15 noiembrie 2009. A dat naștere celui de-al treilea copil, o fiică, Rosalind Arusha Arkadina Altalune Florence Thurman-Busson (alias Luna) pe 15 iulie 2012, tatăl fiind Arpad Busson. Era însărcinată în trei luni cu fiica ei, Luna, când a filmat apariția ca invitată în Smash (2012). În ciuda potențialului de complicații la naștere din cauza problemelor cu vasele de sânge, ea a născut 3 copii. În 2010, procesul de 6.000.000 de lire sterline (10.000.000 de dolari) al lui Thurman împotriva Handmade Films din Londra, compania de producție din spatele lui Eloise din Paris, a fost soluționat. Alături de Tarantino, ea a prezentat Palme D'or pentru Winter Sleep (2014) la a 67-a ediție a Festivalului de Film de la Cannes. A mers pe scenă desculță. Prietena apropiată, actrița Natasha Richardson, partenerul-actor, David Carradine, și nepotul Dash Snow, au murit cu toții în succesiune rapidă în 2009, fiecare în circumstanțe tragice: Richardson de la o accidentare la cap în timp ce schia, Carradine dintr-un joc sexual aparent care a mers prost și Snow de la o supradoză de heroină. S-a întâlnit pentru scurt timp cu actorul John Cusack în 1992, apoi din nou în 2003 pentru scurt timp, cu regizorul Phil Joanou, editorul englez William Sieghart și actorul David Wike. Ea și Andre Balazs s-au reunit în 2014 și s-au despărțit din nou la sfârșitul lui 2015 sau începutul lui 2016 fără a emite un comunicat de presă. În august 2017, la o lună după ce Balazs a avut un copil cu Cosima Vesey, el și Thurman au fost văzuți arătând confortabil, dar publicista ei neagă că au rămas împreună. Jack Jordan, un absolvent al Universității din Chicago, devenit vagabond, care locuia în mașina lui, a început să-i trimită lui Thurman bilete de dragoste și desene înfiorătoare în 2005. Jordan a fost arestat în octombrie 2007 și mai 2008 pentru că a urmărit-o pe Thurman și în noiembrie 2010 pentru că a încercat să o contacteze prin telefon. Documentele judecătorești din lupta ei pentru custodia din ianuarie 2017 cu Arpad Busson pentru fiica lor, Luna, dezvăluie că Thurman a luat Triazolam, Wellbutrin și Klonopin - medicamente care tratează depresia, anxietatea și insomnia. Înainte de începerea procesului, un judecător i-a respins cererea de închidere a procedurii în fața presei. Prietenia ei caldă cu regizorul Quentin Tarantino aproape s-a încheiat în urma unui accident pe platoul filmului Kill Bill: Vol.2 (2004). Se pare că Tarantino o presase să facă o cascadorie cu mașina care a mers prost, provocându-i leziuni cronice la gât și la genunchi, care persistă până în prezent. Compania de producție, Miramax, a reținut toate dovezile accidentului, cu excepția cazului în care Thurman a fost de acord să semneze o derogare (ceea ce ea a refuzat să facă), eliberându-i pe ei și pe Tarantino de orice răspundere. În ciuda scuzelor lui Tarantino, lucrurile au rămas foarte aspre între cei doi, până când în cele din urmă s-au împăcat aproape un deceniu mai târziu. Thurman a revenit cu incidentul abia în 2018, după ce Tarantino i-a dat în sfârșit acces la filmările accidentului, iar el a declarat de mai multe ori că regretă că i-a cerut să facă cascadoria. Uma și-a făcut debutul pe Broadway în drama politică a lui Beau Willimon, „The Parisian Woman”, la Hudson Theater, în 2017. S-a zvonit că Josh Lucas, care îl joacă pe soțul ei pe scenă, este iubitul din viața reală. Este subiectul și titlul melodiei lui Fall Out Boy, „Uma Thurman”. În 2018, Ethan Hawke a dezvăluit că îi plătește în continuare pensie alimentară lui Thurman la 15 ani după ce s-au despărțit.
