Diplômé de la National School of Drama en 1993, Ulrich Thomsen débute sa carrière en interprétant un des membres des Hell’s Angels dans
Le Veilleur De Nuit (1994). Mais c’est dans le film de Niels Arden Oplev
Portland (1996), qu’il obtient son premier rôle dans un film à gros budget. C’est en 1998 qu’il connaît une renommée internationale en jouant Christian dans
Festen de Thomas Vinterberg. Il sera d’ailleurs récompensé par le prix du meilleur acteur par la Danish Film Academy et recevra un Bodil, prix décerné par les critiques danois.
A la suite de ce succès, il fait une brève apparition dans le James Bond
Le Monde Ne Suffit Pas (Michael Apted, 1999). Depuis il enchaîne les succès. Fidèle à Thomas Vinterberg, il le retrouve en 2000 pour
Les Héros. En 2002, il fait confiance à Sandra Nettelbeck et joue dans
Chere Martha. En 2005, Il joue dans
Kingdom Of Heaven de Ridley Scott aux côtés d’Orlando Bloom et de Jeremy Irons.
En 2006, on le retrouve dans des films tel que
Héritage,
Brothers ou
Allegro. Un an plus tard l'acteur est à l'affiche d'
Adam'S Apples,
Hitman et joue dans la sérié télé
The Company. En 2009, il décroche un rôle dans
Duplicity aux côtés de Clive Owen et dans
Tell-tale de Michael Cuesta.