汤唯，1979年10月7日出生于浙江省杭州市，中国内地女演员，毕业于中央戏剧学院导演系本科班。
1982至1985年，汤唯就读于杭州市高银巷幼儿园。她的父亲是一名画家，妈妈是越剧演员，受父亲的影响，汤唯从小喜欢画画。
1985至1991年，就读于杭州市武林路小学（已被并入安吉路实验学校）。
1992至1994年，就读于深圳市红岭中学和杭州第十四中学。
1994至1997年，就读于杭州市美术职业学校，在校期间，经常被老师推荐参加一些剧组的演出，演一些丫鬟、大学生之类的群众演员。
1998年，汤唯陪同学到文化经纪公司面试，结果汤唯却被录取；同年，汤唯参加中戏暑期表演培训班时，有位指导老师建议她去考导演系。之后汤唯在一位导演系朋友的帮助下开始学习导演系基础知识，以专业课第三的成绩拿到了准考证，但文化课没有通过。于是汤唯继续复读再参加高考，考了三年，终于在2000年考入中央戏剧学院。
在中戏上学期间，汤唯参加了学校的社团活动和公益活动。戏剧策划人袁鸿举办大学生戏剧节的时候，汤唯为了熟悉舞台就去报名做义工。
1997年，汤唯参演了电视剧《中国女足》，在剧中出演守门员一角[39]。2001年，汤唯在赖声川的话剧《如梦之梦》中饰演五号病人的妻子。
2004年，汤唯参加了《环球小姐》选美比赛，获得北京赛区第五名的成绩；同年，汤唯还出演了电视剧《后海前街》和《兄弟如手足》。2005年，在袁鸿的推荐下，汤唯被杨婷选中出演话剧《切·格瓦拉》。
2006年3月29日，汤唯主演的银幕处女作《警花燕子》上映，她在片中饰演正义的女交警田燕，凭借该片中的表现她获得了第6届电影频道数字电影百合奖优秀女演员奖；同年，汤唯在都市情感剧《女人不哭》中饰演爱慕虚荣的物质女孩尚丽；6月，李安导演公开为电影《色·戒》挑选女演员，汤唯被初步选中并到上海参加训练，每天学习上海话、穿旗袍高跟鞋等，历时一个多月，终于与李安签订了合同，成为该片的女主角。
2007年2月10日，汤唯与陈思诚、段奕宏合作主演的创业剧《红旗渠的儿女们》首播，她在剧中饰演性格叛逆、不达目的誓不罢休的大学生宁霄雅。
2007年11月1日，汤唯与梁朝伟合作主演的剧情片《色·戒》上映，她在片中饰演剧团台柱、女大学生王佳芝，并凭借该角色获得第44届台湾电影金马奖最佳新人奖，一举成名。
2008年，汤唯通过中国香港特别行政区政府的“优秀人才入境计划”获得香港居民身份，令她在工作上的自由度扩大；同年，其主演的电视剧《生死兄弟》（又名《生于六十年代》）播出，剧中饰演岳琳琳 。
2010年4月1日，搭档张学友出演的由岸西执导的爱情片《月满轩尼诗》上映，她在片中饰演性格深闺倔强、不擅交际的爱莲，凭借该片中的表现提名了第47届台湾电影金马奖、第30届香港电影金像奖最佳女主角奖，并在第11届华语电影传媒大奖上获得最佳女主角奖，这是汤唯的初次归来，也是第一次参与一部由纯粹香港班底制作的电影；同年，在献礼影片《建党伟业》中饰演江南第一才女陶毅。
2011年2月17日，汤唯与玄彬领衔主演的文艺片《晚秋》在韩国上映，她在片中饰演因表现良好而得到假释期的女犯人安娜，并凭该角色获得第47届韩国百想艺术大赏最佳女主角奖，成为韩国三大奖历史上首位获得最佳女主角的外国女演员，汤唯更凭此片在韩国影坛先后夺得了十项最佳女主角奖项。此外，汤唯还为影片献唱了同名主题曲《晚秋》；7月4日，与金城武、甄子丹合作出演由陈可辛执导的古装武侠片《武侠》上映，她在片中饰演貌美贤良、秀外慧中的村妇阿玉，并凭该角色提名第31届香港电影金像奖最佳女主角，该片还入围了戛纳国际电影节“午夜展映”单元首映；12月27日，汤唯在上映的动作片《极速天使》中饰演了驾车技术优秀的洪小依。
2012年10月4日，汤唯与安圣基一同担任第17届釜山国际电影节开幕式主持人，这是韩国釜山电影节历史上首次由外国演员担任开幕式主持人。
2013年3月21日，由薛晓路执导的爱情片《北京遇上西雅图》上映，汤唯在片中饰演言语泼辣、迷恋奢华生活的拜金女文佳佳。该片则取得了5.2亿元的票房成绩；3月28日，该片登陆香港上映，同期香港票房突破1000万元港币，打破内地爱情片在香港的票房纪录。汤唯个人则凭借该片提名第33届香港电影金像奖最佳女主角，并在北京大学生电影节、广州大学生电影节以及中国电影导演协会上获得多个奖项；6月5日，在播出的搜狐网剧《屌丝男士2》中客串出演文艺片女神。
2014年9月，出席第71届威尼斯国际电影节红毯；10月1日，汤唯与冯绍峰合作主演的文艺爱情片《黄金时代》上映，该片由许鞍华执导，而汤唯则在片中饰演了民国传奇女作家萧红，并凭此片提名第51届台湾电影金马奖、第34届香港电影金像奖、第30届中国电影金鸡奖最佳女主角奖。
2015年1月16日，与克里斯·海姆斯沃斯合作主演的动作片《骇客交锋》在美国上映，汤唯在片中饰演黑帽黑客的前女友利恩；7月16日，在上映的奇幻片《捉妖记》中特别出演了大押店老板娘一角；7月24日，其与廖凡合作主演的爱情喜剧片《命中注定》上映，汤唯在片中饰演敢于追求真爱的兽医方圆；8月27日，搭档刘青云主演的剧情片《三城记》上映，汤唯在片中饰演贤良持家的月荣，凭借该片提名第35届香港电影金像奖最佳女主角奖，并献唱电影主题曲《永远的微笑》；9月2日，在上映的歌舞剧情片《华丽上班族》中特别出演了白领苏菲一角。