Fille du producteur de télévision Eric Thompson et de l'actrice de théâtre Phyllida Law.Elle commence à jouer dès l'université (à Cambridge) dans une troupe de théâtre baptisée les "Cambridge Footlights". Après une première expérience à la télévision, avec certains membres de sa troupe (Stephen Fry et Hugh Laurie), elle débute sur les planches dans une comédie musicale, Me and My Girl, donnant la réplique à Robert Lindsay. En 1988, elle remporte un British Academy Award pour son travail dans Tutti Frutti et Fortunes of War, produits par la BBC. C'est sur cette dernière fiction qu'Emma Thompson rencontre Kenneth Branagh, en 1987. Deux ans plus tard, il lui propose le rôle de la Reine Catherine de France dans Henry V, une adaptation d'une oeuvre de Shakespeare. L'acteur-réalisateur et la comédienne se marient peu après la sortie du film. Couple à la ville comme à l'écran, Emma Thompson joue dans beaucoup de films de son mari, comme Dead again en 1991, Peter's Friends en 1992, ou encore Beaucoup de bruit pour rien en 1993. Parallèlement à sa carrière cinématographique, elle apparaît dans plusieurs productions télévisuelles, comme dans la célèbre série Cheers.C'est toutefois au cinéma que l'actrice va trouver la consécration. En 1992, elle remporte l'Oscar de la meilleur actrice en donnant la réplique à Anthony Hopkins dans Retour à Howards End. En 1993, elle est nominée deux fois: l'une pour son mémorable rôle de gouvernante dans Les Vestiges du jour, l'autre pour son rôle d'avocate convaincue de l'innocence d'un supposé terroriste de l'IRA dans Au nom du pere, récompensé par l'Ours d'or à Berlin. En 1995, elle se penche sur l'adaptation d'un roman de Jane Austen. Ce projet voit le jour grâce au film de Ang Lee, Raison et sentiments. Le film rencontre un large succès auprès du public, Emma Thompson est, quant à elle, couronnée par l'Oscar de la meilleure adaptation. Elle est, à ce titre, la seule actrice à ce jour à avoir remporté l'Oscar de la meilleure actrice et celui du meilleur scénario adapté.En 1995, Emma Thompson divorce de Kenneth Branagh, et commence une nouvelle relation avec Greg Wise, rencontré sur le tournage de Raison et sentiments. Depuis lors, Emma alterne des films plus intimistes, comme L' Invitée de l'hiver, donnant la réplique à Alan Rickman, et des productions hollywoodiennes, comme la satire politique Primary Colors. En février 2001, Emma a déclaré que le film Wit serait sa dernière apparition derrière la caméra. Propos démentis par sa participation à la comédie Love actually, et dans le troisième volet des aventures du petit sorcier, Harry Potter et le prisonnier d'Azkaban, où elle retrouve sept ans après L'invitée de l'hiver son partenaire Alan Rickman.
Un an après avoir incarné l'étrange Nanny McPhee (2006), elle est à l'affiche de L'Incroyable destin de Harold Crick, aux côtés de Will Ferrell et Dustin Hoffman, qu'elle retrouve en 2009 dans la romance Last Chance for Love.
Après un passage par le "so british" Good Morning England, Emma Thompson repasse donner des cours à Poudlard, pour Harry Potter et l'Ordre du Phénix et l'ultime épisode de la saga, puis signe son retour dans un autre costume, celui de la meilleure des nounous pour Nanny McPhee et le Big Bang. En 2012, c'est en tailleur noir qu'elle prend la place de chef des MIB pour le troisième volet de la série, avant de donner son timbre britannique à la production Pixar Rebelle, où elle incarne la Reine Elinor.
Tout en jonglant avec des seconds rôles dans des comédies légères et des films oubliables (Sublimes Créatures, Duo d'escrocs, Randonneurs amateurs, À vif, Men, Women & Children), Emma Thompson subjugue lorsqu'elle est Dans l'ombre de Mary aux côtés de Tom Hanks et se montre hilarante en gynécologue farfelue dans Bridget Jones Baby, le troisième volet de la saga britannique. Épouse éprouvée de Brendan Gleeson dans Seul dans Berlin, elle donne également de la voix dans l'adaptation live de La Belle et la Bête, cultivant savamment son éclectisme.
