Народилася в місті Аделаїда 26 лютого 1986 року. Дитинство не було щасливим. З трьох років, після розлучення батьків, жила з тяжко хворою матір'ю, виїжджаючи на канікули до батька на його ферму в прийомну сім'ю.
Закінчивши у 2003 р. міжнародну школу «Mercedes College», Тереза Палмер вирішила присвятити себе кінематографу. У тому ж році вона перемогла на місцевому конкурсі «Пошук Кінозірки». Її першою роботою була роль аніматорки. Вона одягалася як персонажка мультфільму «Strawberry Shortcake» по вихідних для залучення клієнтів в торгові центри поблизу Аделаїди. Палмер також кілька років відвідувала курси акторської майстерності та знімалася в рекламних роликах. Крім цього, вона підробляла в ресторані швидкого харчування «Hungry Jack's» в Rundle Mall і працювала в крамниці з продажу одягу.
Після закінчення школи Палмер отримала дзвінок від її агента щодо кастингу на роль у студентському фільмі «2:37». Режисер побачив кілька її фото на сайті агентства і вирішив запросити її в свій фільм. У 2006 році, на кінофестивалі у Каннах, фільм мав великий успіх, а Терезу Палмер було номіновано на «Australian Film Institute Award» в номінації «Найкраща акторка». Незабаром, після першого успіху, Тереза Палмер підписала контракт з відомим продюсерським агентством William Morris Agency.
Першою її роллю в Голлівуді мала б стати стрічка «Телепорт», але через зміни в сценарії цю роль віддали Рейчел Білсон. Ця ситуація неабияк засмутила Палмер і вона вирішила на деякий час повернутися додому у Аделаїду.
Голлівудський дебют Терези Палмер відбувся у фільмі жахів «Прокляття 2» (2006), де її колегами по знімальному майданчику стали Ембер Темблін та Сара Мішель Геллар. У 2007 році Палмер отримує запрошення на зйомки в австралійській драмі «Грудневі хлопчики», головну роль у якій грає Денієл Редкліфф. У 2008 році акторка була обрана на роль у фільмі «Казки на ніч».
2010 року вийшов фільм «Учень чаклуна» з її участю. Він був знятий за мотивами мультфільму «Фантазія». У фільмі вона зіграла студентку коледжу Беккі Барнс. У цьому ж році Палмер зіграла Торі в комедії «Відвези мене додому», яка вийшла 2011-го року.
2011 року на екрани вийшов «Я номер чотири», де вона грає Номер Шість — одну з дев'яти прибульців, змушених переховуватися на Землі. Її персонажка в цьому фільмі — майстриня бойових мистецтв, яка може ставати невидимою і проходити крізь вогонь. Для зйомок у цьому фільмі вона проходила спеціальний курс підготовки. Фільм є адаптацією першої частини роману, що складається з шести частин. Палмер підписала стандартний контракт на зйомки в трьох фільмах.
У 2012 році вийшов фільм «Не говори нічого» за участю Палмер. Також у 2012 році вона зіграла головну роль у фільмі «Молоді серця».
На початку 2013 року в прокат вийшов фільм «Тепло наших тіл», у якому Палмер виконала головну роль. Ця стрічка розповідає історію жорстокого зомбі на ім'я Ер, який закохується в дівчину Джулі й вирішує зберегти їй життя.
У 2015—2019 знялася в кількох популярних фільмах: «На гребені хвилі», «Вибір», «З міркувань совісті», «Перегони на мільйон» та інші. Від 2020 року виконує головну роль у телесеріалі «Відкриття відьом».
