Teresa Palmer lahir di Adelaide, South Australia, dari Kevin Palmer, seorang investor, dan Paula Sanders, mantan misionaris dan perawat. Pada tahun 2003, ia menyelesaikan pendidikan di Mercedes College dan dikenal sebagai siswa populer karena suka bercanda. Ia ditemukan saat bekerja di sebuah outlet Cotton On di Rundle Mall dan langsung mendapatkan peran utama di film 2:37 tahun 2006, tanpa harus mengikuti audisi.

Film 2:37, garapan Murali K. Thalluri, diputar di Cannes dan mengisahkan kehidupan enam pelajar yang berujung pada tragedi bunuh diri. Setelah itu, Teresa langsung mengerjakan berbagai proyek film seperti December Boys (2007), berlawanan Daniel Radcliffe, yang mengisahkan empat anak yatim. Ia pun tampil dalam Restraint (2008), film noir tentang pelarian dan kejahatan.

Pada tahun 2006, Teresa juga berperan dalam The Grudge 2, film horor sekuel dari box office yang berlatar di Tokyo. Ia sempat awalnya terpilih sebagai pemeran utama dalam Jumper (2008), namun digantikan. Di tahun 2011, ia membintangi Take Me Home Tonight. Setelah berkarier di Australia, ia pindah ke Los Angeles dan menjalin hubungan dengan aktor Adam Brody serta Russell Brand, dan tampil di film-film Hollywood lainnya.