Eма Томпсън е родена на 15 април 1959 г. в Падингтън, Лондон, Англия. Майка й, баща й и сестра й също са актьори. Учи английска литература в Кембридж. Присъединява се към известната университетска група „Footlights”, където се запознават няколко от членовете на Монти Пайтън.
Томпсън се дипломира през 1980-та и започва кариерата си първо с радио участия, а впоследствие и в комедийни програми. Пробива в телевизията с "Alfresco" (1983), тя е негов сценарист, заедно с колегите си от „Footlights” – Стивън Фрай и Хю Лори. Две години по-късно работи отново с Фрай – на сцената на Уест Енд в постановката на "Me and My Girl". След огромния й успех, Ема е поканена в минисериала на ББС "Fortunes of War" (1987), в който тя партнира на Кенет Брана. За изпълнението си тя печели „БАФТА”.
През 1989 г. се омъжва за Брана, двамата продължават да работят заедно, основават и продуценска компания. Томпсън продължава да се снима активно, през 1992-ра участва в „Имението Хауърдс Енд” (1992) на Мърчант-Айвъри. Това е ролята, с която тя става известна и отвъд океана. За изпълнението си е удостоена както с „БАФТА”, така и с „Оскар”. Оттук нататък тя се снима паралелно в арт продукции и в холивудски филми. Същата година участва в „Приятелите на Питър”, следва шекспировата екранизация „Много шум за нищо”(1993), „Остатъкът от деня” (1993) и „В името на отца” (1993).
Продължава да се снима и в телевизията, но внимателно подбира ролите си. Пише сценария на „Разум и чувства” (1995), режисиран от Анг Лий и на телевизионния Wit (2001), като взима участия и в двата. Развежда се с Брана, в момента живее с Грег Уайз, с когото се запознават на снимките на „Разум и чувства”. През 1998-ма се снима с Дъстин Хофман и Джон Траволта в „Първични цветове”.
През 1999 година се ражда дъщеря й Гая. През 2002 г. озвучава капитан Амелия в „Планетата на съкровищата”, а на следващата година играе сестрата на министър-председателя в „Наистина любов” (2003). През 2004 г. се снима в „Хари Потър и затворникът от Азкабан”, три години по-късно и в „Хари Потър и Орденът на феникса”. През 2008-ма участва в любовната драма „Последен шанс, Харви”, видяхме я и в "Рок радио" и ще я чакаме в „An Education” (2009).
