Томас Броди Сангстер родился 16 мая 1990 года в Лондоне, в актерской семье Марка и Таши Сангстеров. Кроме Томаса в семье также выросла дочь Ава. Отец Томаса приходится двоюродным братом актеру Хью Гранту.

Учился Томас в школе Pimlico, где с самого детства начал проявлять свой актерский талант, участвуя в школьных спектаклях.

В 2001 году Томас Сэнгстер дебютировал на телеэкране, ему досталась роль мальчика Генри, живущего на ЖД станции, в драме «Станция Джима». В том же году он исполнил роль восьмилетнего ракового пациента Крейга Шергольда, который получил 1300000 открыток с поддержкой со всего земного шара и в итоге смог победить болезнь, в драме «Открытки для чуда».

В 2002 году Томас появился в главных ролях в двух телесериалах - «Стиг из Дампа» и «Девушка Бобби», а в 2003 году предстал перед зрителем в образе десятилетнего Адольфа Гитлера в телефильме «Гитлер: Восхождение дьявола».

В том же году Сэнгстер сыграл роль Томаса Галла, мальчика обладающего уникальной способностью запоминать многозначные числа, с помощью чего его мать организовала тайный вывоз евреев из оккупированного юга Франции, в телевизионной драме «Поручитель».

Также 2003 год стал для него дебютным на большом экране, Томас появился в рождественской мелодраме «Реальная любовь».

В 2004 году ему досталась главная роль в сериале «Мальчик в перьях», а в 2005 году вместе с Эммой Томпсон и Колином Фертом появился в комедии «Моя ужасная няня». Кроме того, в 2005 году Томас исполнил небольшую роль в мелодраме «Тристан и Изольда», главные роли в которой исполнили Джеймс Франко и София Майлс.

В 2006 году Томас Сэнгстер сыграл роль Ромулуса Августуса, последнего императора Римской империи, в фэнтези драме «Последний легион».

В 2009 году Томасу достались роли в двух биографических драмах – «Яркая звезда» и «Стать Джоном Ленноном», а в 2010 году актер появился в британском телефильме «Не все собаки кусачие».

В 2011 году исполнил роль Дональда Кларка в немецко-италийской драме «Смерть супергероя», а также Томасу достались роли второго плана в драмах «Альбатрос» и «Укрытие».

В 2012 году Сэнгстер появился в голливудском боевике «Бэйтаун вне закона», главные роли в котором исполнили Ева Лонгория и Билли Боб Торнтон.

В том же 2012 году стало известно, что Томас Сэнгстер исполнит роль Жойена Рида в третьем и четвертом сезонах сериала «Игра престолов» (2013-2014).

В 2014 году Томасу досталась роль Ньюта в фантастическом триллере «Бегущий в лабиринте», в котором также снялись Дилан О’Брайен, Кая Скоделарио и Уилл Поултер.

В 2015 году с его участием вышел мини-сериал «Волчий зал», а также продолжение фантастической картины «Бегущий в лабиринте» - «Бегущий в лабиринте: Испытание огнём».