Тора Бёрч родилась 11 марта 1982 года в Лос-Анджелесе в семье Джека Бёрча и Кэрол Коннорс. Родители Торы имеют еврейские, итальянские и скандинавские корни. Её имя образовано от имени бога Тора из скандинавской мифологии. Первоначально фамилия семьи звучала как Biersch, указывая на предков — немецких евреев. Родители были актёрами в порнографических фильмах (оба снимались в знаменитой «Глубокой глотке»).
По воле родителей (которые до сих пор остаются её менеджерами), с четырёх лет начала сниматься в рекламных роликах. Затем последовали роли в телесериалах. В кино Тора появилась в 1988 году, сыграв в комедии «Пурпурный людоед», за что была отмечена премией Youth In Film Award. Её прорывной ролью считается роль в фильме «Рай», где снимались Дон Джонсон, Мелани Гриффит, Элайджа Вуд. Она победила в кастинге среди 4000 других девочек.
В течение 1991—1995 годов Тора исполняла детские роли в таких фильмах как «Фокус-покус», «Неприятности с мартышкой». Она сыграла дочь героя Харрисона Форда в боевиках «Игры патриотов» (1992) и «Прямая и явная угроза» (1994). Одной из её лучших считают роль в фильме «Время от времени» (1995). Вместе с ней снимались Габи Хоффман, Кристина Риччи, Деми Мур и Мелани Гриффит.
После 1996 года Тора перестаёт сниматься и появляется в кино только в 1999 году в картине английского режиссёра Сэма Мендеса «Красота по-американски». Фильм получил 5 «Оскаров» и собрал в прокате $340 млн. Её родители должны были дать разрешение на участие Торы в съёмках обнажённом виде, поскольку на тот момент ей было 17 лет. Вместе с родителями на съёмках присутствовали представители комиссии по охране детского труда. Тора получила номинацию на премию Британской Академии кино и телевидения.
После ролей в «Подземелье драконов» и «Яма» Тора сыграла главную роль в фильме «Мир призраков», где её партнёрами были Скарлетт Йоханссон и Стив Бушеми. Тора получила номинацию на «Золотой глобус» как «лучшая актриса».
В октябре 2006 года состоялась премьера фильма ужасов «Тёмные углы» режиссёра Рэя Гоуэра.