Betty Thomas débute sa carrière dans le cinéma, d'abord en tant qu'actrice. Elle apparaît pour la première fois à l'écran dans Tunnel vision en 1976 et interprète le sergent Lucy Bates dans la série télévisée Hill street blues dès 1981.

En 1987, Betty Thomas passe de l'autre côté de la caméra pour mettre en scène certains épisodes du feuilleton Hooperman. Elle reçoit l'Emmy et le CableACE Award de la meilleure réalisation pour une série comique pour Dream on. Elle obtient également le Directors Guild Award pour le documentaire The Late shift (1996).

En 1992, Betty Thomas dirige son premier long métrage, une comédie romantique intitulée Only you. Dans un genre différent, elle enchaîne en 1997 avec la mise en scène de Parties intimes, chronique de la vie du célèbre et sulfureux animateur de radio Howard Stern.

Betty Thomas dirige par ailleurs à deux reprises Eddie Murphy, la première fois dans Dr. Dolittle (1998), où celui-ci interprète un vétérinaire capable de comprendre le langage des animaux, et la seconde fois dans la comédie d'action Espion et demi (2002), où il a pour partenaire Owen Wilson. Entre temps, elle met en scène une Sandra Bullock en cure de désintoxication dans 28 jours en sursis (2000).