Thomas Brodie-Sangster hizo su debut en la pequeña pantalla en el filme de la BBC, "The Adventures of Station Jim", actuando al lado de Prunella Scales, George Cole y Frank Finley. Tras éste, lograría un papel protagonista en la película de Showtime Original, "Bobbie's Girl", en la que compartía cartel con Jonathan Silverman, Bernadette Peters y Rachel Ward.

Inmediatamente después, se trasladó a Vancouver para protagonizar "The Miracle of the Cards". Más tarde, intervendría en la adaptación de la BBC de Clive King, premiada en los Emmy y los BAFTAS, de "Stig of the Dump" y en el telefilme "Daddy", el cual le brindó la posibilidad de trabajar con el actor Klaus Maria Branduer. Si interpretación en este último filme le reportó el Premio como Mejor Actor en una Miniserie en el Festival de Cine de Montecarlo en 2003.

"Love Actually" fue la primera película internacional en la que Thomas intervino, en el papel del hijo de Liam Neeson, y por su interpretación obtuvo una nominación a los Satellite Awards en la categoría de Mejor Actor de Reparto en un Musical o una Comedia. Su preparación para la película incluyó aprender a tocar la batería, hacer acrobacias y (lo más difícil de todo) dar su primer beso en pantalla.

Desde entonces, Thomas ha rodado una nueva serie de televisión para la BBC titulada "Featherboy", y próximamente va a poder ser visto compartiendo cartel con Emma Thompson en la película del director Kirk Jones, "Nanny McPhee".