Née à Londres, au Royaume-Uni, elle est l'enfant unique de Lloyd G. Williams, ancien juge à la Cour suprême des Îles Vierges britanniques et de Saint-Christophe, et de Korah H. Williams, infirmière autorisée à la retraite. Les deux parents de Tonya sont jamaïcains, mais se sont rencontrés au Royaume-Uni à l'université et se sont mariés là-bas. Quand Tonya avait un an et demi, elle et ses parents ont déménagé à Kingston, en Jamaïque, où son père a ouvert son cabinet. À l'âge de quatre ans et demi, alors qu'elle était en Jamaïque, elle a contracté une fièvre rhumatoïde et a été hospitalisée pendant six mois. Peu de temps après, ses parents ont divorcé et sa mère est retournée au Royaume-Uni avec elle. Elles ont vécu à Birmingham, au Royaume-Uni, où Tonya a fréquenté les écoles privées York House puis Greenmoore College. À douze ans, sa mère les a emmenées à Oshawa, au Canada, une ville juste à l'extérieur de Toronto. C'est pendant ses études secondaires que Tonya a commencé sa carrière d'actrice. À seize ans, elle a décroché sa première publicité télévisée pour la Banque de Nouvelle-Écosse et peu après, elle a tourné la publicité Milk « Portez une Moustache » qui l'a propulsée dans une campagne nationale à travers le Canada et en a fait un nom connu de tous. Après ses études secondaires, elle s'est inscrite au programme de théâtre de l'Université Ryerson à Toronto.
