Thandie Newton est née en Zambie (Afrique australe), d'une mère zimbabwéenne (d'où son vrai prénom Thandiwe) et d'un père anglais. Elle grandit en Zambie, puis, à l'âge de 5 ans, suit sa famille en Angleterre, qui s'installe dans les Cornouailles. A 11 ans, Thandie intègre une école privée dans le nord de Londres. C'est là qu'elle est repérée, quelques années plus tard, par le réalisateur australien John Duigan, à la recherche de parfaits inconnus pour son film Flirting. En dépit du fait qu'elle tient le premier rôle, Thandie n'abandonne pas ses études pour autant, et intègre la prestigieuse université de Cambridge.

Après avoir longtemps employé le nom de scène Thandie Newton, qui lui avait été imposé, l'actrice a annoncé qu'elle avait choisi de récupérer l'utilisation de son vrai prénom, Thandiwe.