Thora Birch llegó a la gran pantalla con su papel debut en "Mi amigo púrpura" (1988) y tuvo una serie de películas como actriz infantil incluyendo "Juego de patriotas" (1992), "El retorno de las brujas" (1993) y "Un ladrón de cuatro manos" (1994). Protagonizó "American Beauty" (1999) y apareció en "Dungeons and Dragons" (2000), "The Hole" (2001) y "Ghost World" (2001). Birch apareció en "Conspiración de estado" (2018), "The Last Black Man in San Francisco" (2019) y "Bajo sospecha" (2019) tras asumir menos papeles durante los 2010. Apareció en "Frente al tornado" (2021) de la directora Lindsay Gossling y "La cronología del agua" (2025), el debut como directora de Kristen Stewart. Birch protagonizó como Liz Murray en la película de Lifetime "Homeless to Harvard: The Liz Murray Story" (2003), papel por el cual fue nominada a un Premio Primetime Emmy. Posteriormente protagonizó la exitosa serie de AMC "The Walking Dead" (2019–2020). Hizo su debut como directora con la película de televisión "The Gabby Petito Story" (2022).