Ulrich Thomsen se mezinárodnímu publiku poprvé představil jako člen nejproblematičtější dánské rodiny v hitu Thomase Vinterberga Rodinná oslava, za který byl nominován na Evropskou filmovou cenu. Snímek získal mimo řady jiných cen také cenu poroty na festivalu v Cannes. Mezi jeho filmy, které natočil mimo Dánsko, patří například Jeden svět nestačí, Váha vody Kathryn Bigelow, Max Menno Meyjese, Zabij mě něžně Chena Kaigea a Království nebeské Ridleyho Scotta. Kromě toho si zahrál v oscarovém krátkém snímku Election Night.