Mientras estudiaba en la Academia de Arte Dramático de Londres, Tom Riley protagonizó una serie de producciones entre las que se incluía THE THREE SISTERS, NORTH GREENWICH, THE RECRUITING OFFICER, EL MERCADER DE VENECIA e IPHIGENIA AT AULIS. Tras graduarse, Riley trabajó para el director Richard Wilson en el Royal Court Theatre, participando en espectáculos del tipo de THE WOMAN BEFORE.

En la televisión, Riley interpretó el papel del Dr. Edward Walton en la producción de la BBC titulada CASUALTY, dirigida por Bryan Higgins. Su debut en la gran pantalla fue en el papel de David, el hijo adoptivo de Nich Nolte, agente de la CIA, en el thriller inspirado en los atentados del 11 de septiembre titulado A FEW DAYS IN SEPTEMBER, junto a Juliette Binoche y John Turturro.