Tamlyn Tomita wurde als Tamlyn Naomi Tomita im Jahre 1966 als Tochter von Shiro und Asako Tomita in Okinawa, Japan, geboren. Ihr Vater war Sergeant bei der Polizei von Los Angeles und half bei der Gründung der ersten asiatischen Sondereinheit der Polizei. Tomita machte ihren Abschluss an der Granada Hills High School in Los Angeles. Im Jahr 1984 gewann Tomita den Titel der Königin beim Nisel Week Pageant, der in Los Angeles stattfand. Im folgenden Jahr erhielt sie den Titel der Miss Nikkei International. Kurz darauf brachte sie auch eine Single und ein Album heraus.
Tamlyn Tomita ist eine japanisch-amerikanische Schauspielerin, die in Filmen wie „The Karate Kid Part II“ und „Come See the Paradise“ mitgewirkt hat. Der erstgenannte Film, der auch ihr Debütfilm war, war ein großer kommerzieller Erfolg und erlangte internationale Popularität. Zu ihren weiteren Filmen gehört „Picture Bride“. Außerdem spielte sie eine Rolle in der Filmkomödie „Four Rooms“ und war in dem Kampfsportfilm „Tekken“ zu sehen. Der Film war ein großer kommerzieller Erfolg und spielte an den Kinokassen fast eine Milliarde Dollar ein. Neben Filmen hat sie auch in vielen Fernsehsendungen mitgewirkt, meist in Gast- und Nebenrollen. So war sie in der beliebten amerikanischen Fernsehserie 24 und in der Musical-Fernsehserie Glee zu sehen. Seit kurzem spielt sie eine der Hauptrollen in der Fernsehserie The Good Doctor. Tomita hat in ihrer bisherigen Karriere bereits mehrere Preise gewonnen. Unter anderem gewann sie den Jurypreis beim „FantaSci Film Fest“ als Beste Schauspielerin für ihre Leistung in dem Kurzfilm „Real Artist“.
Tomita spielte eine Nebenrolle in dem Science-Fiction-Katastrophenfilm „The Day After Tomorrow“. Unter der Regie von Roland Emmerich basierte der Film auf dem Buch „The Coming Global Superstorm“. Der Film war ein großer kommerzieller Erfolg und spielte mehr als das Vierfache seines Budgets ein. Er erhielt von den Kritikern gemischte Kritiken und gewann mehrere Preise, darunter einen BAFTA Award für die besten visuellen Effekte.
Derzeit ist Tamlyn Tomita Single. Zuvor war sie mit Greg Watanabe („Watch over me“) zusammen.