Nata ad Oxford, GUGU MBATHA-RAW ha frequentato l'Accademia Reale di Arte Drammatica. Il suo primo ruolo da professionista è stato quello di Celia, nella messa in scena di "Come vi piace". Successivamente ricopre diversi ruoli presso il Royal Exchange Theater di Manchester, come "Romeo e Giulietta", per cui guadagna una nomination come miglior attrice ai Manchester Evening News Awards del 2005.
Tra i suoi lavori, ben accolto dalla critica, "Big White Fog" all'Almeida Theatre e "Gethsemane", una produzione del National Theatre portata in tour in tutto il paese. Il suo debutto come Ofelia in "Amleto" con Jude Law, al New York Broadhurst Theater, è stato un grande successo di Broadway del 2009.
Per la Tv ha lavorato in "Spooks", "Dr. Who", "Marple - Ordeal by Innocence", "Bonekickers", e "Fallout". Per questo ultimo ruolo è stata selezionata per Star of Tomorrow 2008 dal magazine del settore, Screen International. Nel 2010 ha interpretato Samantha Bloom nella serie NBC "Undercovers" che le ha fatto guadagnare una nomination come miglior attrice di serie tv nei premi NAACP.
Nel cinema ha lavorato con registi come Dominic Savage e Dan Reed prima di approdare al suo primo film con una major, "Larry Crowne", diretto da Tom Hanks con Julia Roberts, uscito nel luglio del 2011. Sempre nel 2011 interpreta l'assistente sociale Clea Hopkins antagonista di Kiefer Sutherland nella serie Tv Fox "Touch". Nel cast anche Danny Glover e David Mazouz. Nella stessa estate ottiene il riconoscimento ai BAFTA Brits to Watch a Los Angeles.

Nel maggio del 2014 interpreta la protagonista del film acclamato dalla critica "Belle", recitando accanto a Miranda Richardson, Tom Wilkinson, Emily Watson, Sam Reid e Matthew Goode. Belle è scritto e diretto da Amma Asante e prodotto da Damian Jones. Per questo ruolo Gugu è stata nominata come miglior attrice al British Indipendent Film Awards e dall'African American Film Critics. Ha ricevuto inoltre una nomination per il Bafta del 2014 sia come miglior attrice che come miglior esordiente.
Ha girato a fianco di Keanu Reeves e Rene Zellweger il film del 2014 "The Whole Truth", diretto da Courteny Hunt. Sempre nel 2014 è protagonista insieme a Minnie Driver, Nate Parker e Danny Glover in "Beyond the Lights - Trova la tua voce", una storia d'amore ambientata nel mondo della musica a Los Angeles, scritto e diretto da Gina Prince Bythewood. La sua interpretazione, acclamata dalla critica, le è valsa la nomination come miglior attrice nei NAACP Image Awards del 2015.
Nel febbraio del 2015 appare nel cast con Channing Tatum, Mila Kunis e Eddie Redmayne del film di Andy e Lana Wachowski "Jupiter - Il destino dell'universo".
Gugu interpreta il ruolo di Jessica Swale in "Nell Gwinn" nei mesi di settembre e ottobre del 2015 al Shakespeare's Globe a Londra, che le vale una nomination come miglior attrice per il premio Natasha Richardson nella Evening Standard Theatre Awards. Christopher Luscombe dirige questo soggetto ambientato nel XVII secolo sulla storia di una giovane donna cresciuta in un bordello, e diventata attrice e amante del Re Carlo II.
Gugu è l'antagonista di Will Smith in "Zona d'ombra", un film drammatico sui problemi sanitari dei giocatori della Football National League, diretto da Peter Landesman, produzione Sony Pitures, uscito a Natale del 2015.
L'attrice ha interpretato il film con Jessica Chastain e Mark Strong "Miss Sloane".