Thurman begann ihre berufliche Laufbahn als Model bevor sie als "zerbrechliche Schönheit" für Kinofilm entdeckt wurde. Den internationalen Durchbruch verschaffte die Rolle des selbstzerstörerischen Gangster-Liebchens in Quentin Tarantinos Kultfilm Pulp Fiction (1994). Danach folgten interessante aber wenig Hauptrollen so etwa in der meisterhaften Zukunftsvision Gattaca (1997) in der überdrehten Comic -Verfilmung Batman & Robin (1997) und in trotz idealer Besetzung verunglückten Kinoversion der britischen The Avengers (1998). 2003 verschaffte sie sich als Co-Autorin wieder Zusammenarbeit mit Tarantino ein spektakuläres Comeback als Braut in Kill Bill .
Uma Thurman ist in zweiter Ehe ihrem Schauspielerkollegen Ethan Hawke verheiratet von dem seit Oktober 2003 jedoch getrennt lebt. In ihrer ersten war sie mit dem Schauspieler Gary Oldman