Teresa Mary Palmer est née le 26 février 1986 à Adélaïde, en Australie, où elle grandit dans un environnement assez modeste. Fille unique de Kevin Palmer, investisseur, et de Paula Sanders, ancienne infirmière, elle voit ses parents divorcer alors qu'elle n'a que trois ans. Elle passe son enfance partagée entre un logement social avec sa mère et la ferme de son père à Adelaide Hills. Ce dernier se remarie avec Kaaren Palmer, avec qui il aura deux autres filles et deux autres garçons. Teresa évoquera plus tard, dans les pages de Harper's Bazaar, une enfance difficile marquée par la bipolarité de sa mère. Elle fait ses études au Mercedes College, une école catholique d'Adélaïde. En 2003, elle décroche une audition lors d'un casting local à la recherche d'une future star de cinéma. Pour gagner sa vie, elle se déguise alors en Charlotte aux fraises le week-end dans les centres commerciaux de la ville, suit des cours de théâtre en parallèle et tourne quelques publicités. En 2005, elle travaille chez Hungry Jack's avant d'être embauchée par un détaillant de vêtements. Son vrai tournant arrive après l'obtention de son diplôme, quand son agent la contacte pour un film étudiant, « 2:37 ». Le réalisateur avait tout simplement repéré son nom en tête de liste sur le site de son agence. Le film est très bien reçu par la critique et sélectionné à Cannes 2006 dans la section Un Certain Regard. Teresa est même nommée aux Australian Film Institute Awards pour sa performance, même si elle repart finalement sans la récompense. Adolescente, Teresa Palmer se voyait travailler dans le sauvetage animalier, avec l'ambition d'ouvrir un jour sa propre association de protection des animaux. Elle s'oriente finalement vers l'enseignement en intégrant l'université, où elle suit également des cours de journalisme. Cependant, elle abandonne l'université pour se consacrer à sa carrière d'actrice et quitte l'Australie pour venir s'installer à Los Angeles en 2007.