Né le 13 août 1966 à New York, fils de la scénariste et réalisatrice Danièle Thompson et petit-fils du cinéaste Gérard Oury, Christopher Thompson grandit dans un environnement cinématographique français prestigieux qui l'oriente d'abord vers une carrière de comédien. Il débute comme acteur dans La Révolution française de Robert Enrico en 1989, avant d'enchaîner les rôles sous la direction de cinéastes aussi variés que Bob Swaim, Élie Chouraqui, qui lui vaut une nomination au César du meilleur espoir masculin pour Les Marmottes, ou encore James Ivory pour Jefferson à Paris. Il opère un tournant vers l'écriture en collaborant avec sa mère sur plusieurs scénarios, dont La Bûche en 1999 et Décalage horaire en 2002, puis avec Thierry Klifa. En 2010, il passe à la réalisation avec Bus Palladium, comédie dramatique sur un groupe de rock parisien dans les années 1980, qui lui vaut le prix du meilleur réalisateur au Festival de La Ciotat ainsi que le prix Henri-Langlois Révélations en 2011. Il signe en 2021 son second long métrage, Tendre et Saignant, comédie romantique portée par Géraldine Pailhas, sa compagne, avant de poursuivre en parallèle une activité de scénariste et d'adaptateur pour le théâtre.
Son héritage familial exceptionnel, entre une mère scénariste de comédies populaires françaises et un grand-père réalisateur de classiques comme Le Corniaud, façonne un rapport intime et précoce au cinéma français grand public. Le cinéma musical anglo-saxon consacré au rock, de Presque célèbre à That Thing You Do, constitue une influence directement revendiquée pour la construction de Bus Palladium, film rare en France à traiter frontalement de ce genre. Son expérience de comédien, nourrie de collaborations avec des réalisateurs internationaux comme James Ivory, lui confère également une sensibilité particulière pour la direction d'acteurs.
Thompson privilégie une mise en scène énergique et sensorielle, en particulier dans Bus Palladium où il recherche, avec son chef opérateur Rémy Chevrin, une image contrastée et granuleuse à l'image de la musique qui traverse le film. Il évite délibérément la reconstitution historique trop marquée, préférant une évocation impressionniste de l'époque plutôt qu'un réalisme documentaire appuyé. Sa direction d'acteurs, nourrie par son propre parcours de comédien, privilégie l'authenticité émotionnelle et la spontanéité des interprètes, souvent jeunes et peu expérimentés dans ses premiers films.
Christopher Thompson n'a pas été nommé aux Oscars, mais Bus Palladium lui vaut le prix du meilleur réalisateur au Festival de La Ciotat en 2010, ainsi que le prix Henri-Langlois Révélations en 2011. Il avait par ailleurs été nommé au César du meilleur espoir masculin en 1994 pour son rôle dans Les Marmottes d'Élie Chouraqui.
Sa mère, Danièle Thompson, avec qui il coécrit plusieurs scénarios avant de devenir lui-même réalisateur, constitue sa collaboration la plus déterminante et la plus durable. Géraldine Pailhas, sa compagne, interprète le rôle principal de Tendre et Saignant, son second long métrage. Le chef opérateur Rémy Chevrin et le compositeur Yarol Poupaud, ancien membre du groupe FFF, collaborent étroitement avec lui sur l'identité visuelle et sonore de Bus Palladium.
L'amitié et les rêves de jeunesse mis à l'épreuve par le passage à l'âge adulte, cœur de Bus Palladium, structurent l'ensemble de son cinéma le plus personnel. La musique comme vecteur d'émancipation et de reconnaissance sociale occupe également une place centrale dans son travail de réalisateur. La comédie romantique et sentimentale, dans la tradition du cinéma populaire français dont il est l'héritier direct, traverse enfin l'ensemble de sa filmographie, de ses scénarios coécrits avec sa mère jusqu'à ses propres réalisations.