Hermione Norris voit le jour en Février 1967 dans le quartier de Paddington à Londres. Elle est la seconde d'une famille de quatre enfants et son père choisit de la prénommée comme la fille d'Hélène de Troie. Ses parents, Helen et Michael Norris, se séparent alors qu'elle n'a que quatre ans et Hermione déménage dans le Derbyshire. Elle grandit à Berkshire avec sa mère, ses trois sœurs, ses deux demi-sœurs et sa grand-mère. Elle retourne ensuite à Londres quelques années plus tard. Son père meurt lorsqu'elle a 21 ans.
Hermione avoue avoir raté son examen d'entrée en 6ème et du coup, commencé une formation de danseuse au Elmhurst Ballet School dans le Surrey avec l'obtention d'une bourse. Elle complète ses études de danse à l'âge de 17 ans tout en suivant parallèlement des cours de théâtre. À 19 ans, Hermione s'inscrit au LAMBDA, ce qui lui procure l'opportunité de se rendre à l'École d'Art de Moscou grâce à un programme d'échange pour étudiants.
Hermione débute sa carrière professionnelle en jouant de petits rôles au théâtre et à la télévision. Tout en continuant à étudier l'art dramatique, elle apparait dans plusieurs productions théâtrales : La Mouette de Tchekhov au Moscow Arts Theatre, A Midsummer Night's Dream, Man and Superman, Three Judgements in One, September Tide, Look Back in Anger, Blinded By The Sun au National, ainsi qu'à la première mondiale de Reader au Traverse Theatre d'Édimbourg.
En 2005, elle retourne à la scène après une interruption de 9 ans pour jouer le rôle-titre dans la courte pièce Petronella dans le cadre de l'Old Vic.
Hermione Norris fait ses débuts à la télévision en 1990 dans Blood Rights dans le rôle de Virginie. On la voit également dans des séries telles que Poirot, Clarissa and Drop the Dead Donkey.
Pourtant, sa carrière ne décolle pas comme prévu et elle doit travailler comme caissière dans des supermarchés et des centres commerciaux pour joindre les deux bouts. Hermione avoue au Mirror qu'elle a été vendeuse de double vitrage et a même dû distribuer des prospectus promotionnels déguisée en lapin...
En 1996, après avoir connu le chômage pendant quatre mois, elle envisage de tout abandonner pour s'orienter vers un diplôme de droit.
C'est alors la chance de sa vie quand elle décroche le rôle de Karen Marsden dans les 33 épisodes de la série Cold Feet : Amours et petits bonheurs. Pour sa performance iremarquée dans la série de Granada TV, elle est nominée dans la catégorie Meilleure Actrice aux British Comedy Awards en 2001. Hermione est également covedette avec Christopher Eccleston du drame de la BBC, Killing Time : The Millennium Poem. En 2002, elle fait son apparition dans le téléfilm Falling Apart dans lequel elle joue une femme prisonnière d'une relation abusive.
C'est également cette même année qu'elle est choisie pour l'un des rôles majeurs de sa carrière, l'inspectrice Carol Jordan aux côtés de la star Robson Green dans Wire in the Blood. Elle continue dans la série jusqu'en 2004 à la fin de la troisième saison, soit 14 épisodes.
En effet, les événements de sa vie vont changer la donne. Grâce à Wire in the Blood, Hermione ouvre un nouveau chapitre dans sa vie en rencontrant son futur mari, Simon Wheeler, scénariste et producteur de télévision responsable du développement chez Coastal Productions, la société de production de Robson.
La romancière Val McDermid raconte : "Hermione Norris qui joue Carol, a rencontré son mari, Simon à l'occasion de la lecture du premier épisode de Wire in the Blood. Simon était l'éditeur de scénario chez Coastal Productions des deux premières séries, et tandis que meurtre et la destruction faisaient rage autour d'eux, ils sont tombés amoureux et se sont mariés il y a un an. Nous avions initialement prévu de filmer la troisième série à la fin du printemps et au début de l'été. Mais tout a été remis en cause en raison d'une circonstance imprévue. Hermione attend son premier bébé pour Juin, donc évidemment elle ne peut plus courir pour chasser les tueurs en série si elle est sur le point d'accoucher. Alors à la place, nous allons filmer à l'automne. Nous nous sentons tous très concernés par le bébé. Ce sera le premier bébé Wire in the Blood ! "
Hermione épouse Simon Wheeler en Décembre 2002 et ils ont deux enfants, un fils né en Juin 2004, Wilfred Simon, et une fille née en Août 2007, Hero.
À la naissance de son premier enfant à 37 ans, Hermione souhaite arrêter la série pour s'en occuper. Elle pense aussi avoir fait le tour de son personnage et n'avoir plus rien de neuf à proposer pour Carol Jordan.
En 2003, Hermione joue dans le remake de Lucky Jim de Kingsley Amis. En 2005, elle obtient le rôle de Ros Myers dans la série d'espionnage Spooks (MI-5) de BBC One. Elle tient ce rôle d'action durant 34 épisodes de 2006 à 2009 ce qui lui vaut le prix ITV3 Crime Thriller au titre de Meilleure Actrice en 2008. On la voit dans plusieurs séries britanniques depuis 2006 : Kingdom avec Stephen Fry (2007-2009), Bouquet of Barbed Wire (2010), Outcasts (2011).
En dehors de feuilletons télévisés, Hermione a également joué dans quelques films dont les plus notables sont : Born Romantic (2000), film britannique réalisé par David Kane, Quicksand (2003), film d'action avec Michael Keaton et Michael Caine et Separate Lies (2005), film dramatique britannique réalisé par Julian Fellowes.