Родился 6 декабря 1963 года в городе Фюн, Дания.

В отличие от большинства актеров Ульрих начал свою кино карьеру относительно поздно (в 30 лет).

Окончив Государственную театральную школу (Statens Teaterskole) в 1993 году начал играть в театрах.

Первую же роль он получил в фильме «Ночное дежурство» 1994 году.

Самые первые узнаваемые работы Томсена стали, «Торжество» (1998 г.) и роль Давыдова в серии фильмов «Бондианы» «И целого мира мало» (1999 г.).

Ульрих Томсен работал со многими прославленными европейскими режиссерами. Это один из самых популярных европейских актеров, снявшийся более чем в 25 международных проектах.

Томсен снялся в двух художественных фильмах, участвовавших в конкурсной программе кинофестиваля Сандэнс – "Аллегро" (2005) и "Адамовы яблоки" (2005).

Среди международных проектов с участием Томсена такие художественные фильмы как "И целого мира мало" (1999), "Вес воды" (2000), "Убей меня нежно" (2001), "Макс" (2002), "Царство небесное" (2005) и другие.

На телевидении Томсен появился в качестве гостя в популярном сериале канала ВВС "Королева-девственница" (2006).

В 2007 году актёр снялся в фильме Яноша Саса «Опиум: Дневник сумасшедшей», где сыграл наркозависимого врача в клинике для душевнобольных, у которого произошёл трагический роман с пациенткой.

Также он сыграл роль Горлакона в фильме «Центурион» (2010) и «Нечто» (2011).