Vai diễn đầu tiên của Sangster là phim truyền hình BBC, Station Jim. Sau đó cậu xuất hiện trong vài phim truyền hình, bao gồm vai chính trong Bobbie's Girl, The Miracle of the Cards (dựa trên câu chuyện Craig Shergold) và Stig of the Dump. Cậu đã giành được giải "Golden Nymph" tại Liên hoan Truyền hình Monte Carlo hàng năm thứ 43[3] cho vai diễn trong miniseries Entrusted. Love Actually, trong đó cậu đóng vai con trai ghẻ của Liam Neeson, là phim sân khấu chính đầu tiên của Sangster. Ngoài ra Sangster còn tham gia vào loạt phim truyền hình Game of Thrones ở mùa thứ 3 và 4.

Thomas Sangster được biết đến nhiều trong vai trò diễn viên lồng tiếng cho Ferb Fletcher. Trong phim Phineas and Ferb, Thomas hoàn toàn sử dụng giọng nói hằng ngày để lồng tiếng cho nhân vật Ferb (tuy nhiên khi Ferb hát, diễn viên Danny Jacod thay cậu hát, trừ vài tập phim như The Twelve Days Of Christmas, cậu hát bằng chính giọng mình). Lúc đầu, giọng Ferb hơi cao và trầm trong cùng một lúc (giống như giọng Phineas trong suốt nửa đầu mùa thứ nhất). Nhưng bắt đầu từ cuối mùa thứ nhất, từ tập phim ''Unfair Science Fair'', giọng cậu trầm và lạ hơn vì Thomas Sangster đã qua tuổi dậy thì.

'' Chúng tôi biết đến Thomas Sangster từ Love Actually và Nanny McPhee, rất nhiều bộ phim khác. Chúng tôi đã chọn cậu ấy. Không như mọi người, cậu ấy thu âm hoàn toàn ở London và mọi người trong đoàn chưa bao giờ nhìn thấy cậu ấy làm việc trên chương trình và ngược lại, Thomas cũng chưa từng chứng kiến những người khác làm việc. Cậu ấy sẽ được xuất hiện trên một tập phim đặc biệt và chia sẻ về nhân vật này''

- Jeff ''Swampy'' Marsh nhận xét về vai diễn Ferb.

Hiện Thomas đang tham gia series phim Maze Runner của hãng 20th Century Fox. Phần 1'' The Maze Runner'' và phần 2 ''Maze Runner: The Scorch Trials'' đã được công chiếu ở khắp các rạp trên Bắc Mỹ và các quốc gia trên toàn thế giới. Phần 3 ''Maze Runner: The Death Cure'' dự định sẽ bấm máy lại vào Tháng 7 năm 2016 sau sự cố vụ tai nạn của diễn viên Dylan O'Brien, phim chính thức lên rạp vào Tháng 5 năm 2017.