Emma Thompson nasceu em Londres no dia 15 de abril de 1959, em uma família de atores. Sua sagacidade foi cultivada desde cedo no ambiente familiar e ela foi uma estudante bem-sucedida. Estudou Literatura Inglesa na Universidade de Cambridge e lá fez parte do Footlights Group, famoso grupo onde, anteriormente, vários membros do Monty Python haviam se encontrado pela primeira vez.
Thompson se formou em 1980 e inicou sua carreira no entretenimento na rádio BBC, se aventurando em shows de comédia. Seu primeiro trabalho na televisão foi Alfresco (1983), escrevendo e interpretando junto a seus companheiros do Footlights Groups, Stephen Fry e Hugh Laurie.
Emma colaborou novamente com Fry, dessa vez no musical Me and my Girl, no qual teve um papel principal, interpretando Sally Smith. O espetáculo foi um sucesso e recebeu críticas favoráveis. Seu desempenho conduziu-a ao elenco da minissérie Fortunas da Guerras, na BBC, na qual trabalhou com Kenneth Branagh. Thompson ganhou um prêmio BAFTA pelo seu trabalho no programa. Casou-se com Branagh em 1989 e continuou a trabalhar com ele, vindo os dois a montar uma companhia de produções.
Seu trabalho em Retorno a Howards End (1992) foi reconhecido em diversas premiações, notadamente o Óscar e o Globo de Ouro. Desde então, ela transita entre o cinema de arte e o típico hollywoodiano, trabalhando eventualmente também na tevê e no teatro. Também escreve roteiros, como na adaptação de Razão e Sensibilidade (1995), de Jane Austen, que também protagonizou. Dessa vez, foi reconhecida duplamente ao Óscar e ao Globo de Ouro, recebendo indicações como atriz e vencendo os prêmios como roteirista.
Emma e Kenneth se divorciaram em 1994 e ela atualmente é casada com Greg Wise, que fez Willoughby em Razão e Sensibilidade (1995). Eles têm uma filha, Gaia, nascida em 1999.
Em 2003, o casal adotou informalmente um garoto com 16 anos, de um grupo chamado Tindyebwa Agaba, que abriga refugiados ruandeses. Eles resistiram e conseguiram com sucesso que sua deportação de volta para Ruanda fosse cancelada, já que a família do adolescente havia sido morta em um genocídio.
Emma retirou-se por algum tempo das telas para dedicar-se à escrita dos roteiros próprios, um baseado na vida de Victor Jara, temporariamente descartado, e outro voltado para o público infantil: a continuação da série Nanny McPhee. Posteriormente, voltou a atuar em frente às câmeras, ligando-se a uma série de projetos simultâneos.