Gugu Mbatha-Raw nasceu Gugulethu Sophia Mbatha no Hospital John Radcliffe, em Oxford, Inglaterra. Seu pai, Patrick Mbatha, é um médico sul-africano negro, e sua mãe, Anne Raw, é uma enfermeira caucasiana inglesa. Seus pais se separaram quando ela tinha um ano de idade, e ela foi criada por sua mãe na cidade de Witney, Oxfordshire (ela ainda está perto de seu pai). Ela se juntou ao grupo de atuação local Dramascope e, a partir dos onze anos, apareceu na pantomima em Oxford Playhouse todos os anos. Uma talentosa cantora e dançarina, além de tocar saxofone, ingressou no Oxford Youth Music Theatre na adolescência.
Em 2001, ela ganhou uma bolsa de estudos para a Academia Real de Arte Dramática (RADA) em Londres. Desde sua formatura em 2004, ela apareceu em todos os meios de comunicação, incluindo Julieta Capulet em "Romeu e Julieta" no Royal Exchange Theatre de Manchester em 2005, contracenando com Andrew Garfield como Romeo Montague. Mbatha-Raw foi indicada para Melhor Atriz no Manchester Evening News Theatre Awards por sua interpretação de Juliet Capulet. Ela também apareceu como Octavia em "Antony and Cleopatra" no mesmo teatro em 2005. Em 2009, ela foi escalada como Ophelia em "Hamlet" no West End e na Broadway de Londres, contracenando com Jude Law como o papel principal.
Mbatha-Raw apareceu em séries de televisão tão variadas como Bad Girls (1999), Doctor Who (2005), Agatha Christie's Marple (2004) e Touch (2012). Ela teve um papel coadjuvante na comédia romântica Larry Crowne (2011), escrita e dirigida por Tom Hanks, que também fez o papel principal. Ela foi aclamada por sua performance de Dido Elizabeth Belle em Belle de Amma Asante (2013), que lhe rendeu um prêmio British Independent Film de Melhor Atriz, e uma indicação como Novíssimo Mais Promissor. Ela também foi indicada ao prêmio Satellite de Melhor Atriz.
Ela estrelou o drama romântico Beyond the Lights (2014) e foi indicada ao prêmio Gotham de Melhor Atriz por sua performance. Em 2015, ela foi indicada ao prêmio BAFTA Rising Star. Nesse mesmo ano, ela teve um papel coadjuvante em Jupiter Ascending (2015), interpretou Prema Mutiso, a esposa do Dr. Bennet Omalu (interpretado por Will Smith) na biografia Concussion (2015), e o papel título na peça de Jessica Swale " Nell Gwynn ", interpretando a atriz que se tornou amante do rei Carlos II da Inglaterra. Ela foi nomeada para um Evening Standard Theater Award de Melhor Atriz por sua atuação na peça.
Ela interpretou Rachel na cinebiografia de Newton Knight, Free State of Jones (2016), dirigida por Gary Ross, interpretando a esposa de Knight, uma mulher liberta que ele tinha uma família depois da Guerra Civil. Ela também interpretou Esme Manucharian em Miss Sloane (2016), Sophie na série Easy da Netflix (2016), e interpretou Kelly, uma das lideres em "San Junipero", o quarto episódio da terceira temporada de Black Mirror (2011). Seus outros filmes são o remake live-action Beauty and the Beast (2017), com Plumette, A Wrinkle in Time (2018), dirigido por Ava DuVernay, e The Cloverfield Paradox (2018).
Gugu Mbatha-Raw foi nomeada Membro da Ordem do Império Britânico (MBE) pela Rainha Elizabeth II nas Honras de Aniversário de 2017 por seus serviços ao drama.
