Igralka je zaslovela z vlogo Ester, ene od dveh sester v filmu Molk (Tystnaden) Ingmarja Bergmana. Od 60-ih let je živela v Rimu, po izbruhu bolezni pa se je vrnila v domovino, kjer so jo zdravili v bolnišnici Karolinska v Stockholmu. Poleg tega je zaigrala v Bergmanovih Divjih jagodah ter Krikih in šepetanjih (1972) skupaj z Liv Ullman in Harriet Andersson. Z Luchinom Viscontijem je leta 1968 posnela film Somrak bogov (La caduta degli dei), v katerem je zaigrala z Dirkom Bogardom in Helmutom Bergerjem.
Rodila se je 27. januarja 1926 v kraju Solleftea, 450 kilometrov severno od Stockholma. Študirala je balet, potem pa igro v Kraljevskem dramskem gledališču v švedskem glavnem mestu. Igralsko pot je začela leta 1948 s filmom Kjer piha veter, plodno sodelovanje z Bergmanom, ki ga je srečala leta 1952 v Malmoeju kot ravnatelja tamkajšnjega gledališča, pa je začela najprej na gledaliških deskah.
Leta 1957 je zasedla glavno vlogo v Bergmanovem filmu Divje jagode. Mednarodno pozornost sta režiser in igralka vzbudila predvsem leta 1963 z za tiste čase neobičajno odprtim obravnavanjem spolnosti v filmu Molk, ki je v številnih državah privedel do prepovedi prikazovanja in strastnih razprav. Izžarevanje Thulinove na filmskem platnu je veljalo za mešanico hladnosti in skrivnostnosti.
Z Bibi Anderson in Evo Dahlbeck si je leta 1958 v Cannesu delila nagrado za najboljšo igralko, in sicer za vlogo v filmu Ob robu življenja.
Sodelovanje z danes 85-letnim Bergmanom je Ingrid Thulin odprlo vrata tudi k donosnim vlogam v Hollywoodu, kakršna je bila v filmu Shajališče na mostu smrti (1976), in za filme drugih mednarodno priznanih režiserjev, denimo Viscontija. Zaigrala je tudi v filmu Štirje jezdeci apokalipse Vincenteja Minellija ter z Yvesom Montandom v filmu Vojna je končana Alaina Resnaisa.
Potem ko je posnela približno 60 filmov kot igralka in nekaj v vlogi režiserke, se je Ingrid Thulin v začetku 90-ih let umaknila iz sveta filma. Bila je dvakrat poročena, najprej s Claesom Sylwanderjem, od katerega se je ločila, v letih 1956-1989 pa s Harryjem Scheinom, publicistom avstrijskega rodu, ki je na Švedskem soustanovil Inštitut za švedski film, potem pa sta se zakonca nastanila v Italiji.