Тесса Томпсон родилась в Лос-Анджелесе, штат Калифорния и училась в средней школе Санта-Моники, одновременно выступая в различных театральных постановках.Томпсон дебютировала на экране в 2005 году сразу с регулярной ролью во втором сезоне телесериала «Вероника Марс». Также она была гостем в таких сериалах как «Детектив Раш», «Анатомия страсти», «Частная практика», «Герои», а в 2007 году была частью актёрского ансамбля недолго просуществовавшего сериала «Тайны Палм-Спрингс».На большом экране Томпсон дебютировала в 2006 году в триллере «Когда звонит незнакомец». Позже она снялась в фильмах «Сделай шаг», «Человеческий контракт», «Ожившая невеста» и «Песни о любви», роль в последнем принесла ей премию Black Reel за лучший актёрский прорыв в 2011 году.В 2012 году Томпсон сыграла одну из главных ролей в телесериале «Легавый», а после получила периодическую роль в сериале «Парк авеню, 666».В 2017 году Томпсон стала известна массовому зрителю благодаря роли Валькирии в фильме «Тор: Рагнарёк».