Дебют Талулы в кино состоялся в 2003 году, привел ее в кино отец. Так, ее первой работой стала небольшая роль в сериале 'Пуаро' ('Poirot').
Известно, что Райли окончила частную школу Cheltenham Ladies College, а позже изучала математику, физику и экономику в От крытом Университете (Open University).
В 2005-м молодую актрису можно было увидеть на сцене театра Old Vic вместе с Кевином Спейси (Kevin Spacey), в постановке 'The Philadelphia Story'. А через год возрожденная постановка пьесы Теннесси Уильямса (Tennessee Williams) 'Summer and Smoke' с участием Райли получила огромное количеств хвалебных отзывов.
В 2005-м вышел фильм 'Гордость и предубеждение', в котором Талула сыграла Мэри Беннет, а в 2007 году Райли появилась в популярной британской комедии 'Одноклассницы' в роли Аннабел Фриттон.
В том же 2007-м молодую актрису можно было увидеть и в телевизионном сериале 'Почти знамениты' ('Nearly Famous'), а пр одолжение комедии под названием 'Одноклассницы и тайна пиратского золота' вышло в 2009 году.
В музыкальной мелодраме 'Рок-волна' Талула сыграла в том же 2009-м.
Одной из самых примечательных картин с участием Райли на сегодняшний день является фантастический боевик 'Начало' ('Inception'); впрочем, роль Талулы в этом фильме не казалась заглавной.
В мелодраме 2010 года 'Любовь и предательство' ('Love & Distrust') Талула получила уже главную роль; фильм этот – прекрасная сказка, романтичная, полная соблазнов, опасностей и любви.
В 2011-м Райли появилась в комедийной драме 'Дилемма' ('The Dilemma'), а в 2012-м готовятся к выходу сразу два фильма с ее участием – 'Белая лягушка' ('White Frog') и триллер 'Обуза' ('The Liability').
Выход комедийной мелодрамы 'Союз' ('The Knot'), где Райли занята в одной из главных ролей, запланирован на 2013 год.
Из личной жизни актрисы известно, что в 2010 году она вышла замуж за бизнесмена Элона Маска (Elon Musk); в 2012 году они расстались