Рима Сен провела свое детство в Калькутте и Мумбаи, где получила образование. После окончания школы она начала карьеру в модельном бизнесе, которая вскоре открыла ей двери в киноиндустрию. Ее актерский дебют состоялся в 2001 году сразу в двух фильмах: хинди-фильме Hum Ho Gaye Aapke и тамильском блокбастере Minnale, который стал коммерчески успешным и принес ей признание.

В начале своей карьеры Рима Сен быстро зарекомендовала себя как востребованная актриса в южноиндийском кино. Она сыграла заметные роли в ряде успешных тамильских фильмов, таких как Run, Dhool и Giri, а также в телугу-фильмах, включая Chitram и Manasantha Nuvve. Эти работы помогли ей укрепить свои позиции в индустрии.

На протяжении 2000-х годов Рима Сен продолжала активно сниматься, демонстрируя свою способность к адаптации к различным жанрам и персонажам. Она получила признание критиков за свои выступления, особенно за роль принцессы Аниты в приключенческом фильме на тамильском языке Aayirathil Oruvan, который вышел в 2010 году. Эта роль считается одной из самых сложных и запоминающихся в ее карьере.

В фильмографии Римы Сен также присутствуют работы в бенгальском кино, например, фильм Iti Srikanta. Однако настоящий прорыв в национальном масштабе произошел в 2012 году с выходом культового криминального эпоса Анурага Кашьяпа Gangs of Wasseypur, где она сыграла роль Дурганы. Этот фильм принес ей широкую известность среди индийской аудитории и за ее пределами.

В 2012 году Рима Сен вышла замуж за бизнесмена Шива Карана Сингха. В 2013 году у пары родился сын, которого назвали Рудравир. После замужества и рождения ребенка Рима Сен сделала перерыв в активной актерской деятельности, сосредоточившись на семейной жизни. Хотя она не исчезла полностью из публичного поля, ее появление на экране стало значительно реже.