Thurmanova ima za seboj okoli 50 filmskih vlog. Prepričljiva je bila kot Cecile v Nevarnih razmerjih v režiji Stephena Frearsa, zelo prepoznavna pa je postala z vlogo Mie v kultnem Šundu Quentina Tarantina. Igrala je v nekaj komedijah ter v filmih Batman in Robin v režiji Joela Schumacherja ter Maščevalci Jeremiaha S. Chechika. Tarantino jo je zasedel tudi v vlogi maščevalne neveste v dveh delih Ubila bom Billa.

Igralka je bila poročena z Ethanom Hawkom. V zakonu sta se jima rodila otroka Maya in Levon. Leta 2004 sta se ločila. Od leta 2007 je v zvezi s francoskim finančnikom Arpadom Bussonom. Lani se jima je pridružila hči Luna.