Мариса Томей родилась 4 декабря 1964 года в городе Бруклин, штат Нью-Йорк, США. Ее мать, Патриция Эдди, была учителем английского языка, отец, Гари Томей, работал общественным адвокатом. В 1982 году Мариса окончила среднюю школу и поступила в Бостонский Университет. Позднее она перевелась в Нью-Йоркский Университет, но бросила его в 1983 году, поскольку была приглашена на роль в телесериал «Как вращается мир». В 1987 году она перешла сниматься в комедийный телесериал «Другой мир».

В 1991 году Мариса Томей получила первую серьезную роль в кино. Это был знаменитый фильм Джона Лэндиса «Оскар» с участием Сильвестра Сталлоне и Орнелы Мути. Именно с этого фильма началась полноценная работа Марисы Томей в кино.

Уже на следующий год актриса снялась в фильме «Мой кузен Винни», который принес ей премию «Оскар» в номинации «за лучшую женскую роль второго плана» и еще несколько номинаций на другие премии. После этого актриса стала весьма востребованной, среди ее работ роли в таких картинах, как «Равноденствие» и «Чаплин» 1992 года, «Дикое сердце» 1993 года, «Тольк о ты» 1994 года и «Четыре комнаты» 1995 года.

В 1996 году Мариса Томей снялась в фильме «Отцепись от звезд», за роль в котором была номинирована на премию «Screen Actors Guild Award». После она сыграла несколько успешных ролей, самыми запоминающимися из которых стали роли в фильме «Чего хотят женщины» 2000 года и в фильме «В спальне» 2001 года, за эту роль Мариса была номинирована на премию «Оскар» и множество иных премий, среди которых были «Золотой Глобус» и «Screen Actors Guild Award».

Затем актриса сыграла несколько ролей в Бродвейских театральных постановках, не переставая при этом сниматься в кино. Наиболее известными из ее киноработ в тот период времени оказались роли в фильмах «Управление гневом» 2003 года, «Красавчик Алфи или Чего хотят мужчины» 2004 года, «Реальные кабаны» 2007 года, «Игры дьявола» 2007 года и «Рестлер» 2008 года.

Мариса Томей рьяно оберегает свою личную жизнь от средств массой информации. Тем не менее, известны ее романы с актером Робертом Дауни Младшим. Официально она никогда не была замужем.