Ulrich Thomsen vystudoval herectví v Kodani a nejprve se věnoval divadlu. Ve filmu má široký záběr a hraje v nezávislých filmech, televizních seriálech, akčních snímcích i evropských thrillerech. Role padoucha v bondovce Jeden svět nestačí přitáhla na Ulricha Thomsena pozornost. Zahrál si také v oceňovaných dánských dramatech Rodinná oslava, Adamova jablka nebo Blikající světla. Natáčel s Kathryn Bigelow, Ridley Scottem i Susanne Bier.

V roce 2016 debutoval coby režisér s noirově laděným snímkem V zárodku. Thomsenův první snímek je čistě autorský, protože jej nejen režíroval, ale napsal i scénář, film produkoval a také si v něm zahrál.