Emma Thompson wurde am 15. April 1959 als Tochter der Schauspielerin Phyllida Law und des Schauspielers, Regisseurs und Produzenten Eric Thompson in London, England, geboren. Ihre jüngere Schwester Sophie ist ebenfalls Schauspielerin. Während ihres Anglistik-Studiums am Newham College in Cambridge sammelte Emma erste Schauspiel-Erfahrungen auf der Theater-Bühne und hatte danach erste Auftritte in der TV-Sketch-Sendung „Alfresco“.

1987 erhielt sie mit „Thompson“ ihre eigene TV-Sitcom. Ihre erste Rolle in einem Spielfilm hatte 1989 in der William-Shakespeare-Adaption „Henry V.“ an der Seite von Ian Holm und Kenneth Branagh. Es folgten die romantische Komödie „Das lange Elend“ (1989) und zwei Jahre später der Thriller „Schatten der Vergangenheit“. 1992 erhielt sie einen Golden Globe und einen Oscar für die Hauptrolle in James Ivorys „Wiedersehen in Howards End“, was ihr bis dato größter Erfolg war. Sie schrieb ebenfalls mehrere Drehbücher, darunter für Ang Lees preisgekrönten „Sinn und Sinnlichkeit“ (1995), für den sie ihren zweiten Oscar und einen weiteren Golden Globe für das beste adaptierte Drehbuch erhielt. Damit ist sie die bislang einzige Frau, die in diesen Kategorien je einen Oscar gewinnen konnte. Zudem erhielt drei weitere Nominierungen, einen als beste Nebendarstellerin in „Im Namen des Vaters“ (1993) und zwei als beste Hauptdarstellerinnen in „Was vom Tage übrig blieb“ (1993) und in „Sinn und Sinnlichkeit“ (1995). Vier weitere Nominierungen für einen Golden Globe ebneten den Weg auf den Walk of Fame in Los Angeles, auf dem sie 2010 mit einem Stern geehrt wurde. Ende der 2000er Jahre spielte Emma Thompson unter anderem in „Harry Potter und der Orden des Phoenix“ (2007), „I Am Legend“ (2007) und „Men in Black 3“ (2012) mit. In dem von Disney und Pixar produzierten Animations-Abenteuer „Merida – Legende der Highlands“ spricht sie die titelgebende junge Bogenschützin Merida.

1989 heiratete Emma Thompson den Schauspiel-Kollegen und Regisseur Kenneth Branagh, den sie bei den Dreharbeiten zur BBC-TV-Serie „Auf Wiedersehen in Kairo“ kennen lernte. 1995 ließen sie sich nach der Zusammenarbeit in elf Filmen wieder trennen. Mit Greg Wise, den sie 2003 heiratete, hat sie eine gemeinsame Tochter, Gaia Romilly (*1999). 2003 adoptierten sie die damals 16-jährige Tindyebwa Agaba, ein Flüchtling aus dem krisen-geschüttelten Ruanda, deren Eltern im Bürgerkrieg umgebracht worden waren.