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2003年的《 [[ 真爱至上 ]] 》是他第一部在大银幕上上映的作品，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。2008年3月，17岁的托马斯·桑斯特确定在动作捕捉电影《 [[ 丁丁历险记 ]] 》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。2013年1月，他在《 [[ 权力的游戏 ]] 》第三季中亮相，饰演玖健·黎德。2014年，托马斯·桑斯特参演的科幻冒险电影《 [[ 移动迷宫 ]] 》在美国上映。2018年1月26日，其参演的电影《 [[ 移动迷宫3：死亡解药 ]] 》在北美、中国同步上映。

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

2007年托马斯同 [[ 科林·费尔斯、本·金斯利 ]] 一起出演《 [[ 最后的兵团 ]] 》。

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 。

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。