Née à Oxford d’une mère anglaise et d’un père sud-africain, Gugu Mbatha-Raw se forme à la Royal Academy of Dramatic Art de 2001 à 2004. Son prénom signifie "Notre fierté" en Xhosa, un dialecte d'Afrique australe. En 2005, elle se fait remarquer au Royal Exchange Theatre pour son interprétation de Juliette dans la pièce “Roméo et Juliette”, aux côtés d’un certain Andrew Garfield. Continuant de jouer sur les planches, la jeune femme fait aussi face à Jude Law dans "Hamlet" au Wyndham’s Theatre.

Gugu Mbatha-Raw débute à la télévision en campant de petits rôles dans les séries Bad Girls, [MI-5], Doctor Who ou encore Miss Marple. En 2010, elle est nommée au NAACP Image Award de la meilleure actrice pour son rôle d’espionne dans la série annulée Undercovers de J.J. Abrams. L'actrice donne également la réplique en tant qu’assistante sociale à Kiefer Sutherland dans Touch (2012). 

Cette même année, Gugu Mbatha-Raw tient son premier rôle majeur sur grand écran, celui de Talia dans le film écrit et réalisé par Tom Hanks, Il n’est jamais trop tard; elle y donne également la réplique à Julia Roberts. En 2013, sa carrière connait une nette accélération lorsqu'elle est choisie pour camper le rôle-titre de Dido Elizabeth Belle dans Belle (2014) de Amma Asante, et dont l’intrigue se situant dans l'Angleterre du XVIIIe siècle est tirée d’une histoire vraie. Au même moment, Gugu Mbatha-Raw participe au nouveau film de SF d’Andy et Lana Wachowski, Jupiter Ascending.

En 2015, la britannique est fortement pressentie pour intégrer le casting de Star Wars VIII de Rian Johnson dans un rôle dont on ne connaît encore rien. Le tournage de ce nouvel opus de la saga créée par George Lucas a débuté en Irlande pour une sortie prévue pour 2017. En attendant, on pourra retrouver la belle Gugu dans The Whole Truth avec Keanu Reeves, The Free State of Jones avec Matthew McConaughey et Concussion avec Will Smith. Elle est également Plumette dans La Belle et la Bête aux côtés d'Emma Watson et l’héroïne du thriller SF Netflix The Cloverfield Paradox.

Actrice bien installée dans la paysage hollywoodien, Gugu tourne sous la direction et aux côtés d'Edward Norton dans le polar influencé par le film noir Brooklyn Affairs. On la voit aussi dans Miss Révolution, qui revient sur l'intrusion du Mouvement de Libération des Femmes lors du Miss Monde en 1970, le drame Summerland, la comédie policière En plein vol ou encore le film de casse The Criminals. Également très active côté séries, la comédienne trouve de solides rôles dans The Morning Show, Loki, Surface et The War Between the Land and the Sea.