Diplomato alla danese National School of Drama, ULRICH THOMSEN debutta sul grande schermo nel film di culto IL GUARDIANO DI NOTTE (1994) di Ole Bornedal. A farlo conoscere in tutto il mondo è tuttavia il ruolo principale nel capolavoro di Thomas Vinterberg FESTEN - FESTA IN FAMIGLIA (1998), a cui segue la prima prova hollywoodiana nei panni del capo dei servizi segreti russi ne IL MONDO NON BASTA (1999), capitolo della saga di 007. In Danimarca è ricercato nel frattempo dai maggiori registi del momento, compresi Per Fly (L'EREDITÀ, 2003), Anders Thomas Jensen (il cortometraggio premiato con l'Oscar ELECTION NIGHT, 1998, FLICKERING LIGHTS, 2000, LE MELE DI ADAMO, 2005) e Susanne Bier, per cui nel 2004 interpreta NON DESIDERARE LA DONNA D'ALTRi. Con tre premi Robert della Danish Film Academy (su sette candidature) e due Bodil della critica, Ulrich Thomsen diventa uno dei volti più rappresentativi del cinema scandinavo e a confermarlo ci sono anche nuove incursioni hollywoodiane: KILLING ME SOFTLY (2002, con Heather Graham e Joseph Fiennes), LE CROCIATE (2005, di Ridley Scott), HITMAN - L'ASSASSINO (2007), DUPLICITY (2009, con Julia Roberts), L'ULTIMO DEI TEMPLARI (2011, di Dominic Sena, con Nicholas Cage). Ottiene un nuovo clamoroso successo grazie a IN UN MONDO MIGLIORE, sempre di Susanne Bier, che vince l'Oscar come Miglior film straniero. Oltre all'impegno in una serie tv prodotta dalla HBO, BANSHEE - LA CITTÀ DEL MALE, è nel cast di MORTDECAI, a fianco di Johnny Depp e Gwyneth Paltrow.