Emma Thompson wurde am 15. April 1959 in Paddington, London, in eine Familie von Schauspielern geboren – Vater Eric Thompson und Mutter Phyllida Law, die mit Thompson in mehreren Filmen mitspielte. Ihre Schwester, Sophie Thompson, ist ebenfalls Schauspielerin. Ihr Vater ist gebürtiger Engländer und ihre Mutter ist gebürtige Schottin. Thompsons Witz wurde durch eine fröhliche, kluge und kreative Familienatmosphäre kultiviert, und sie war eine beliebte und erfolgreiche Schülerin. Sie besuchte die Cambridge University, studierte Englische Literatur und war Teil der Footlights Group der Universität, der berühmten Gruppe, in der sich früher viele der Monty Python-Mitglieder kennengelernt hatten.
Thompson machte 1980 ihren Abschluss und begann ihre Karriere in der Unterhaltungsbranche, zunächst mit Auftritten beim BBC-Radio und Tourneen mit Comedy-Shows. Bald darauf hatte sie ihren ersten großen Durchbruch im Fernsehen, in der Comedy-Sketch-Sendung Alfresco (1983), wo sie zusammen mit ihren Kollegen der Footlights Group, Stephen Fry und Hugh Laurie, schrieb und auftrat. Mitte der 1980er Jahre arbeitete sie auch in anderen TV-Comedy-Revisionssendungen mit, gelegentlich mit einigen ihrer Footlights-Kollegen und oft mit dem Schauspieler Robbie Coltrane.
Thompson arbeitete 1985 erneut mit Fry zusammen, diesmal in seiner Bühnenadaption des Stücks „Me and My Girl“ im Londoner West End, in dem sie eine Hauptrolle hatte und Sally Smith spielte. Die Show war ein Erfolg und sie erhielt positive Kritiken, und die Stärke ihrer Leistung führte zu ihrer Besetzung als Hauptrolle in der BBC-Fernseh-Miniserie Fortunes of War (1987), in der Thompson und ihr Co-Star, Kenneth Branagh, ein englisches Ex-Patriatenpaar spielen, das in Osteuropa lebt, als der Zweite Weltkrieg ausbricht. Thompson gewann einen BAFTA Award für ihre Arbeit in der Sendung. Sie heiratete Branagh 1989, arbeitete weiterhin professionell mit ihm zusammen und gründete mit ihm eine Produktionsfirma. In den späten 80er und frühen 90er Jahren spielte sie in einer Reihe von gut aufgenommenen und erfolgreichen Fernseh- und Filmproduktionen mit, am bemerkenswertesten ihre Hauptrolle in der Merchant-Ivory-Produktion Howards End (1992), die ihre Fähigkeit bestätigte, einen Film auf beiden Seiten des Atlantiks zu tragen und sie dementsprechend mit transatlantischen Ehrungen überhäufte – sowohl einem Oscar als auch einem BAFTA Award.
Seitdem bewegt sich Thompson mühelos zwischen der Welt des Kunstfilms und dem Mainstream-Hollywood, obwohl selbst ihre Hollywood-Rollen eher in anspruchsvolleren Produktionen zu finden sind. Sie arbeitet auch weiterhin für das Fernsehen, ist aber generell sehr wählerisch, welche Rollen sie annimmt. Sie schreibt auch für die Leinwand, wie z.B. das Drehbuch für Ang Lees Sense and Sensibility (1995), in dem sie auch die Hauptrolle als Elinor Dashwood spielte, und die Fernsehadaption von Margaret Edsons gefeiertem Stück Wit (2001), in dem sie ebenfalls die Hauptrolle spielte.
Thompson ist bekannt für ihre raffinierten, gekonnten, wenn auch von ihren Kritikern als etwas manieriert bezeichneten Darbietungen, und natürlich für ihren bogenförmigen Witz, den sie nicht scheut, auf sich selbst zu zeigen – sie ist eine furchtlose Selbstsatirikerin. Thompson und Branagh ließen sich 1994 scheiden, und Thompson ist nun mit ihrem Schauspielkollegen Greg Wise verheiratet, der Willoughby in Ang Lees Sense and Sensibility (1995) gespielt hatte. Thompson und Wise haben ein Kind, Gaia, das 1999 geboren wurde.