Née en 1972 à Londres, Thandiwe Newton (connue en début de carrière sous le nom de Thandie Newton) passe les premières années de sa vie au Zimbabwé puis s’installe avec sa famille en Angleterre alors qu’elle n’est âgée que de 4 ans. Rapidement, elle prend goût à la danse et au théâtre. Elle suit alors des cours à la London’s Art Educational School. En 1991, elle obtient son premier rôle au cinéma dans la comédie dramatique Flirting aux côtés de Nicole Kidman. Son accent lui pose problème en l’empêchant de décrocher de nouveaux rôles, elle décide alors de reprendre ses études et obtient un diplôme en anthropologie à l’Université de Cambridge.
En 1994, elle décroche tout de même un rôle de victime dans Entretien avec un vampire, puis donne la réplique à Nick Nolte dans Jefferson à Paris(1995). Elle joue ensuite sous la direction de Bernardo Bertolucci pour Shandurai (1999) et Jonathan Demme dans Beloved (1999). John Woo lui propose ensuite d’incarner le personnage féminin de son Mission : impossible 2 lui permettant de se faire connaître du grand public. Elle retrouve ensuite Jonathan Demme pour La Vérité sur Charlie (2003) où elle partage l’affiche avec Mark Wahlberg. Elle s’essaye en parallèle au monde de la série télé en rejoignant le casting d’Urgences. En 2004, elle revient au cinéma avec Les Maîtres du jeu, avant de rejoindre Vin Diesel à l’affiche des Chroniques de Riddick. Puis deux plus tard, c’est la consécration en remportant le British Award du Meilleur Second Rôle pour sa prestation dans Collision de Paul Haggis. L’année suivante, elle joue aux côtés de Will Smith dans la comédie dramatique inspirée d’une histoire vraie, À la Recherche du bonheur. Puis, c’est aux côtés d’Eddie Murphy et Cuba Gooding Jr qu’elle participe à la comédie Norbit.
Thandie Newton alterne les genres : elle est l'ex-copine de Simon Pegg dans la comédie Cours toujours Dennis puis enchaîne sur un rôle musclé dans Rock'n'rolla avant de subir une transformation qui la change en Condoleezza Rice pour le W d' Oliver Stone. En 2009, elle est à l'affiche du blockbuster 2012 où elle joue le rôle de la fille du président des Etats-Unis, interprété par Danny Glover. Depuis 2016, elle cartonne grâce à la série de HBO, Westworld.