Après une carrière de mannequin qu'elle débute à l'âge de 12 ans, Theresa Russell, de son vrai nom Theresa Paup, fait ses premiers pas sur grand écran dans Le Dernier Nabab d'Elia Kazan en 1977. Pour son premier rôle la jeune femme donne la réplique à Robert De Niro et Jack Nicholson. L'année suivante, elle tourne aux côtés de Dustin Hoffman dans Le Récidiviste d'Ulu Grosbard.

En 1979 elle fait la rencontre du réalisateur britannique Nicolas Roeg qui lui offre le rôle féminin de son Enquete sur une passion où l'actrice donne la réplique à Harvey Keitel. Malgré la trentaine d'années séparant Nicolas Roeg et Theresa Russell, l'actrice épouse le réalisateur en 1982. Le couple travaille ensemble à plusieurs reprises sur les tournages de Eureka, Une nuit de réflexion, Track 29, Cold Heaven et Hotel Paradise.

Bien qu'elle avoue préférer tourner pour son mari, Theresa Russell joue sous la houlette de grands réalisateurs, notamment Robert Altman (Aria), Ken Russell (Whore) ou encore Steven Soderbergh (Kafka). Mais sa carrière ne semble pourtant pas décoller et l'actrice reste cantonnée à des seconds rôles. En 1998 elle incarne la mère de Denise Richards dans le thriller Sex crimes de John McNaughton.

Theresa Russell n'hésite pas à jouer toutes sortes de rôles, des films d'épouvante aux comédies romantiques en passant par les thriller. L'actrice jongle entre les genres mais également entre les films pour le cinéma et les téléfilms comme Earth vs. the Spider de Scott Ziehl ou encore Empire Falls de Fred Schepisi où elle donne la réplique à Ed Harris, Philip Seymour Hoffman, et Paul Newman.

En 2002, elle se confie à la caméra de Rosanna Arquette, dans le documentaire Searching for Debra Winger avant d'incarner Madame Marko, la femme de Sandman dans le troisième volet des aventures de Spider-Man de Sam Raimi. Une fois le tournage terminé, l'actrice rejoint le plateau de Jolene réalisé par Dan Ireland où elle retrouve Denise Richards.