Née en Ecosse, elle est surtout connue du grand public pour ses rôles dans Bleu profond (The Deep end) de Scott Mcgehee et David Siegel (d'après le roman d'Elizabeth Sanxay Holding) et dans Orlando de Sally Potter (d'après Virginia Woolf).
Avant de connaître le succès international avec ce film, Tilda Swinton avait collaboré avec le cinéaste Derek Jarman sur huit longs métrages, dont Caravaggio, War requiem, et Edward II qui lui valut le prix d'interprétation féminine au festival de Venise en 1992.
Elle a depuis participé à des projets cinématographiques particulièrement variés : deux films de Lynn Hershman-Leeson, Conceiving Ada et Teknolust (où elle interprète quatre rôles), Female perversions de Susan Streitfeld, love is the devil de John Maybury,Mondes possibles (Possible worlds) de Robert Lepage, Vanilla Sky de Cameron Crowe, adaptation de Spike Jonze, Young Adam de David Mackenzie, et deux films avec Keanu Reeves, Thumbsucker de Mike Mills et Constantine de Francis Lawrence.
En 2008, elle est à l'affiche du film des frères Coen, Burn after reading, dans lequel elle donne la réplique aux acteurs John Malkovich, George Clooney et Brad Pitt. Elle retrouve ce dernier pour L'étrange histoire de Benjamin Button.
