Eleanor Tomlinson debutó en la actuación con 12 años, al interpretar a Little Daphne en la adaptación para Yorkshire TV de "Falling", en la que compartía cartel con Michael Kitchen y Penelope Wilton. Cumplió 13 años durante el rodaje en Praga de "El ilusionista", interpretando a la joven Sophie Von Teschen junto a Aaron Johnson, Edward Norton y Paul Giamatti. Posteriormente encarnó a Agnes Muller junto a David Tennant, Andy Serkis y Jim Broadbent en la aclamada "Einstein", para la BBC, para después asumir el papel de Jas en la comedia adolescente "Mi gato Angus, el primer morreo y el plasta de mi padre", de Gurinder Chadha.

Posteriormente formó parte del reparto coral de "Alicia en el País de las Maravillas" de Tim Burton en el papel de Fiona Chattaway y consiguió el papel de Eve en "The Sarah Jane Adventures", serie creada a partir de "Dr. Who". A continuación interpretó papeles protagonistas en películas de terror: "The Village" y "Styria". También trabajó en el telefilme "Futuro perdido", con Sean Bean y Sam Claflin también en el reparto.

En febrero de 2013 la veremos en "Educazione siberiana" midiéndose a John Malkovich y Peter Stormare. Asimismo, ha terminado recientemente la producción de "The White Queen", película para la BBC en la que ella participa y que Starz emitirá en los Estados Unidos.

En 2009 se convirtió en embajadora joven de World Vision y viajó a Jaipur, en la India, para denunciar la difícil situación de las jóvenes indias que se ven obligadas a practicar la prostitución. También colabora con la organización benéfica Wheelchairs for Kids en East Yorkshire, ciudad británica donde creció.