Tom Holland wurde 1996 als Ältester von vier Söhnen von Dominic Holland, einem Comedian und Autor, und dessen Frau Nicola Elizabeth – einer Fotografin – geboren. Seine Brüder sind Patrick (Paddy) Holland und die Zwillinge Harry und Sam Holland, die auch als Schauspieler tätig sind. Tom Holland besuchte die katholische Donhead Preparatory School in Wimbledon und im Anschluss daran, bis 2012, das ebenfalls von Jesuiten geleitete Wimbledon College.
Tom Holland begann im Alter von neun Jahren zu tanzen. 2006 wurde er dabei von der Choreographin Lynne Page entdeckt. Mit ihrer Hilfe gelang es Tom, 2008 in Billy Elliot the Musical die Rolle von Michael, Billys bestem Freund, zu bekommen. Bereits im September desselben Jahres verkörperte er die Hauptrolle. Am 31. Mai 2010, dem fünften Jahrestag der Premiere, war Tom ebenfalls als Billy Elliott zu sehen.
Seine Karriere bei Film und Fernsehen begann 2010, als er für den Zeichentrickfilm Arrietty - Die wundersame Welt der Borger eine der Hauptrollen synchronisieren durfte. 2012 schließlich erfolgte der Durchbruch, als er an der Seite von Naomi Watts und Ewan McGregor die dritte Hauptrolle im Katastrophenfilm The Impossible verkörperte. Für seine Rolle eines überlebenden Jungen des Tsunamis im Indischen Ozean 2004 war Tom für achtzehn internationale Film- und Kritikerpreise nominiert, darunter den Saturn Award, den spanischen Goya oder den Young Artist Award. Acht dieser Preise durfte Tom auch entgegennehmen, darunter den bereits erwähnten Young Artist Award.
In der britischen Miniserie Wölfe, die 2015 produziert wurde, ist Tom als Gregory Cromwell, der Sohn des Reformators Thomas Cromwell, 1. Earl of Essex zu sehen.
Im Juni 2015 wurde bekannt, dass Tom in der im Marvel Cinematic Universe (MCU) angesiedelten Neuverfilmung von Spider-Man die Figur des Peter Parker (alias Spider-Man) spielen wird. Seinen ersten Auftritt in dieser Rolle hatte er bereits 2016 in The First Avenger: Civil War. Die schauspielerische Leistung von Tom war nach der Premiere des Films vielfach gelobt und der Schauspieler als der neue Spider-Man begrüßt worden. Besonders aufgrund seines jugendlichen Alters und seiner eindrucksvollen Bewegungen, die seine Erfahrungen als Turner und Akrobat zeigten, bewege sich Tom näher an den Spider-Man-Comic-Heften. Dies zeige insbesondere sein Flip beim Auftreten der Figur sowie viele der Stunts, die der Schauspieler in The First Avenger: Civil War selbst durchführte. Auch Tobey Maguire, der selbst die Figur ab 2002 zu neuer Berühmtheit geführt hatte, gratulierte Tom nach seiner Einführung in das MCU und zeigte sich angetan vom neuen Spider-Man. Spider-Man: Homecoming kam im Juli 2017 in die deutschen Kinos. In dem Film Edison - Ein Leben voller Licht von Alfonso Gomez-Rejon, der im September 2017 im Rahmen des Toronto International Film Festivals seine Weltpremiere feierte, spielt Tom den Wirtschaftsmagnaten Samuel Insull.
Seit Edge of Winter ist Christian Zeiger der deutsche Stammsprecher von Tom.