Пол Томас Андерсон появился на свет 26 июня 1970 года в местечке Студио Сити, штат Калифорния, в семье Эдвин и Эрнеста Андерсонов. Эрни Андерсон был ди-джеем и ведущим ночного канала фильмов ужасов под названием «Ghoulardi», в честь которого Пол назвал уже свою собственную продюсерскую компанию. Андерсон вырос в долине Сан-Фернандо и был шестым по старшинству из девятерых детей. У него были довольно сложные отношения с матерью, но был близок с отцом, который поощрял его стать писателем или режиссером. Пол увлекся кинопроизводством с ранних лет, в восемь лет он снял свой первый фильм, а в двенадцать получил на день рождения свою первую личную камеру. В старшей школе он начал писать сценарии, а также снял свой первый полноценный документальный фильм о судьбе порно звезды, деньги на который заработал уборкой клеток в зоомагазине.
Не имея особых средств на учебу, Андерсон не смог сразу поступить в колледж, тем не менее, он провел два семестра в колледже Эмерсон и только два дня в Университете Нью-Йорка. Пол начал свою карьеру в качестве ассистента на съемках телевизионных фильмов, музыкальных видео и игровых шоу в Лос-Анджелесе и Нью-Йорке. На десять тысяч долларов, которые он получил от своего отца на дальнейшее образование, Андерсон решил снять документальную ленту, картина под названием «Сигареты и кофе» была замечена в профессиональном сообществе.
Его дебютом в качестве режиссера полнометражного фильма в 1996 году стала криминальная драма «Роковая восьмерка». За ней последовала работа над биографической драмой «Ночь в стиле буги», мелодрамой «Любовь, сбивающая с ног», драмой «Магнолия», драмой «Нефть», драмой «Мастер». Во всех этих картинах Андерсон также выступил в роли сценариста и продюсера.
Пол имеет собственный ритуал – перед выпуском новой ленты, он всегда бреет голову. Он один из лучших друзей Квентина Тарантино. Андерсон является большим поклонником бейсбола, его любимые команды – Лос-Анджелес Доджерс, и любимая команда его покойного отца – Бостон Ред Сокс.
Пол состоял в романтических отношениях с певицей Фионой Эппл и снял для нее несколько музыкальных видео. Но с 2001 года Андерсон живет в гражданском браке с актрисой Майя Рудольф, известной по таким картинам, как «В пути», «Гаттака», «50 первых поцелуев». Пара живет в Лос-Анджелесе вместе со своими четырьмя детьми – Перл Минни, Люсиль, Джеком и Минни Идой.
