Пол Томас Андерсон родился 26 июня 1970 года в Калифорнии, США, в семье актера Эрни Андерсона, голоса American Broadcasting Company.
В школе Томас серьезно начал увлекаться кинематографом. Андерсон поступил в Эмерсон-колледж, но позже перевелся в киношколу при Нью-Йоркском университете, где не проучился и нескольких месяцев.
В 1993 году снял короткометражку «Сигареты и кофе».
В 1996 году Томас выпустил свою первую полнометражную картину «Роковая восьмёрка».
В 2002 году появилась картина «Любовь, сбивающая с ног» с актером Адамом Сэндлером.
В 2007 году Пол снял картину «Нефть», за роль в этой ленте Дэниэл Дэй-Льюис получил «Оскар».
В 2017 году снял драматическую ленту «Призрачная нить» с Дэниэлом Дэй-Льюисом в главной роли. Эта лента получила «Оскар» за лучшие костюмы.
Супруга — Майя Рудольф, актриса
Дочери — Перл Минни, Люсиль, Мини Айда
Сын — Джек