Nacida en una base militar en Okinawa, pero criada en Los Ángeles, Tamlyn Tomita asistió a UCLA, donde estudió historia y planeaba convertirse en profesora de historia. Durante este tiempo participó en certámenes de belleza y conoció alguien que le pidió hacer una audición para un papel en El Karate Kid 2 (1986). Les prometió a sus padres que terminaría la universidad y luego exploraría la actuación. Después de The Karate Kid II, Tomita tuvo papeles importantes en varias películas independientes. Su papel más importante fue en la película de drama de 1990 Come See the Paradise. Más tarde tuvo papeles en otras películas independientes y coprotagonizó varias producciones importantes de Hollywood, incluida El día después de mañana (2004). En televisión también participó en numerosos papeles recurrentes. En los años recientes destacan sus participaciones en la serie de ABC The Good Doctor, así como la serie de CBS All Access Star Trek: Picard en 2020. En 2021, repitió su papel de Kumiko durante 2 episodios en la temporada 3 de Cobra Kai.