Thompson wurde am 3. Oktober 1983 in Los Angeles (Kalifornien) als Tochter des Chocolate-Genius-Sängers Marc Anthony Thompson geboren. Sie ging auf die Santa Monica High School und spielte viel Theater.
Ihren ersten Auftritt im Fernsehen hatte Thompson 2005 in einer Episode der Fernsehserie Cold Case – Kein Opfer ist je vergessen. In der zweiten Staffel von Veronica Mars spielte sie ihre erste Hauptrolle in einer Fernsehserie und erlang durch die Rolle der Jackie Cook größere Bekanntheit. Im Jahr 2007 übernahm Thompson in der The-CW-Fernsehserie Hidden Palms ihre zweite Hauptrolle als Nikki Barnes.
Seit 2016 spielt sie die Rolle der Charlotte Hale in der Serie Westworld. In der Marvel-Verfilmung Thor: Ragnarok wird sie die Rolle der Valkyrie übernehmen. Die Veröffentlichung ist für November 2017 vorgesehen.
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Filme
2026 – Is God Is
2025 – Hedda
2025 – Seeds
2024 – The Listener
2023 – The Marvels
2023 – Creed III: Rocky’s Legacy
2022 – Logic Paralyzes the Heart
2022 – GEMEINSAM UNBESIEGBAR: Das Making of Thor: Love and Thunder
2022 – Thor: Love and Thunder
2022 – Soul of a Nation Presents: Screen Queens Rising
2021 – Seitenwechsel
2020 – Sylvies Liebe
2019 – Shadow Stalker
2019 – Susi und Strolch
2019 – Zwischen zwei Farnen: Der Film
2019 – Men in Black – International
2019 – Avengers: Endgame
2019 – Little Woods
2019 – Brave Girl Rising
2018 – Creed II: Rocky's Legacy
2018 – Sorry to Bother You
2018 – Dirty Computer
2018 – Furlough
2018 – Auslöschung
2017 – Thor: Tag der Entscheidung
2017 – Moonlight
2017 – South Dakota
2017 – 100 Years
2016 – Dirty Cops - War on Everyone
2016 – Salt Water
2015 – Creed – Rocky’s Legacy
2015 – From Rocky to Creed: The Legacy Continues
2014 – Selma
2014 – Dear White People
2014 – Points of Origin
2014 – Grantham & Rose
2013 – Automotive
2012 – Murder on the 13th Floor
2011 – Everyday Black Man
2010 – For Colored Girls - Die Tränen des Regenbogens
2010 – Betwixt
2010 – Frankenstein Corpses
2009 – Mississippi Damned
2008 – The Human Contract
2008 – Make It Happen - Lebe deinen Traum
2006 – Im Bann der dunklen Mächte
2006 – Unbekannter Anrufer
A Separation
Foxfinder
Last Meals
Later the War Serien
2026 – HIS & HERS
2025 – Marvel Zombies
2025 – An der Spitze
2022 – Sherri
2022 – 문명특급 - 영화인 대잔치
2021 – What If…?
2021 – Marvel Studios: Legends
2017 – Dear White People
2016 – Westworld
2015 – The Late Late Show with James Corden
2015 – Hot Ones
2014 – Variety Studio: Actors on Actors
2014 – BoJack Horseman
2014 – Late Night with Seth Meyers
2014 – The Tonight Show Starring Jimmy Fallon
2012 – RuPaul's Drag Race All Stars
2012 – 666 Park Avenue
2011 – Portlandia
2010 – Rizzoli & Isles
2009 – Three Rivers Medical Center
2009 – Watch What Happens Live with Andy Cohen
2009 – Mental
2007 – Life
2007 – Private Practice
2007 – Hidden Palms
2007 – The Graham Norton Show
2006 – Heroes
2005 – Grey’s Anatomy
2005 – The Late Late Show with Craig Ferguson
2004 – Veronica Mars
2003 – Cold Case – Kein Opfer ist je vergessen
2003 – Jimmy Kimmel Live!
1997 – The View
1996 – The Daily Show
1992 – MTV Movie & TV Awards
1988 – LIVE with Kelly and Mark