托马斯首部作品是BBC的《Station Jim》，之后在《Bobbie's Girl》中出演了一位女同性恋的侄子，在PAX有线频道推出根据真实故事改编的影片《相信奇迹》中，托马斯·桑斯特出演被诊断出患有晚期脑癌的9岁男孩Craig Shergold，他因为收到超过3500万张的祝福卡片而被载入世界吉尼斯大全并最终奇迹般地战胜了癌症。其另一部主演的电视系列剧《Stig of the Dump》则是根据Clive King的儿童小说改编，讲述来祖母家过暑假的小男孩在废弃采石场里发现一位石器时代的洞穴人并和他成为朋友的故事。托马斯还凭借着另一部电影《
危情密码》获得了2003年蒙特卡罗电影节电视联系短剧部门的最佳男演员奖。
2003年的《
真爱至上》是他第一部在大银幕上上映的作品，他因为之前在电影《Station Jim》中的优秀表现被导演看中，并最终凭借
连姆·尼森继子的角色一举成名，还获得了金卫星奖的年轻男演员奖提名。此后他在BBC改编自Nicky Singer首部儿童小说的电视剧《羽毛男孩》中担任主角，又在捷克工共和国拍摄的好莱坞古装影片《
王者之心》中饰演了主角
詹姆斯·弗兰科的少年时节。
2005年，他主演的《
魔法保姆麦克菲》上映，托马斯出演的是七个孩子中最大的西蒙。在2007年之前，他还在BBC长寿科幻剧集《
Doctor Who》中亮相，主演的两部分《Human Nature》《The Family of Blood》分别于2007年5月和6月在BBC播出，此外托马斯还将为迪斯尼频道动画《
Phineas and Ferb》中的Ferb配音。
2008年3月，17岁的托马斯·桑斯特确定在
彼得·杰克逊和
斯皮尔伯格执导的动作捕捉电影《丁丁历险记》三部曲中扮演主人公“丁丁”。
2009年，托马斯在
约翰·列侬的传记片《
无处的男孩》中扮演保罗·麦卡特尼。2011年，托马斯参演了枪战喜剧片《
贝城迪斯科》。2013年1月，由托马斯·桑斯特主演讲述一名癌症男孩把自己幻想成超级英雄的影片《超级英雄之死》获得第10届爱尔兰电影电视学院奖最佳影片的提名。同年，他在《
权力的游戏》第三季中亮相，饰演玖健·黎德。
2014年9月19日，托马斯·桑斯特参演的科幻冒险电影《
移动迷宫》在美国上映，于10月28日登陆中国内地影院。托马斯·桑斯特在片中饰演的纽特，是第二个被送来迷宫的人，负责保护林间空地的土地与作物。2018年，主演动作冒险电影《
移动迷宫3：死亡解药》。
2020年10月23日，主演的电视剧《
后翼弃兵》在美国首播，并入围第73届艾美奖限定剧/电视电影最佳男配角奖。2023年11月29日，主演的电视剧《
狡猾郎中》播出。2024年11月10日，参演的剧集《狼厅: 镜与光》播出。
托马斯·桑斯特于1990年5月16日出生，同父母、妹妹居住在
伦敦泰晤士河南畔；母亲Tasha Bertram是一位舞者兼剧作家，曾和丈夫马克·桑斯特一起出演过几部BBC电视电影，桑斯特先生是一位演员兼音乐人，曾在德国出演过音乐剧《狮子王》。桑德斯的表舅是
休·格兰特，托马斯的曾外祖母和格兰特的祖母是一对姐妹。桑斯特从小就有机会参与影剧演出，展现他的表演天赋。