Natif du Texas, Tye Sheridan n’a pas atteint sa majorité qu’il se retrouve à tourner sous la direction de cinéastes américains de renom. Son baptême cinématographique a lieu en 2008 avec sa prestation dans le cosmique The Tree of Life, où il interprète le plus jeune fils de Jessica Chastain et Brad Pitt. Le film de Terrence Malick remporte la Palme d’or au Festival de Cannes en 2011.

En 2012, c’est un autre réalisateur adepte des grands espaces et de la nature sauvage qui fait appel à lui. Le Mark Twain du cinéma, Jeff Nichols, lui confie le rôle d’Ellis dans Mud, celui d’un apprenti Tom Sawyer de quatorze ans, qui divague sur les bords du Mississippi et tombe sur un fugitif à l'allure d'un Robinson Crusoé joué par Matthew McConaughey. Le film est d'ailleurs nommé à la Palme d’or au Festival de Cannes.

Après l’Arkansas, c’est dans sa région natale, le Texas, qu’il joue de nouveau un gamin livré à lui-même. Dans Joe, de David Gordon Green, l’adolescent endosse le rôle du jeune sans-abri Gary, qui déniche un petit boulot grâce à Joe (Nicolas Cage), un ancien prisonnier repenti qui le prend sous son aile. Il reçoit pour sa prestation le Prix Marcello Mastroianni du Meilleur Espoir Masculin à la Mostra de Venise.

Ces performances propulsent Tye sur le devant de la scène et le jeune comédien enchaîne les projets. Il s'illustre dans le thriller Dark Places sous la direction du Français Gilles Paquet-Brenner et aux côtés de Charlize Theron. Il s'essaie également à la comédie avec Manuel de survie à l'apocalypse zombie, où il joue un ado maladroit devant faire face à une invasion de morts vivants.

Le jeune acteur tape ensuite dans l'oeil de grands réalisateurs hollywoodiens. Ainsi, en 2015, Bryan Singer lui confie le rôle du super-héros Scott Summers/Cyclope dans X-Men Apocalypse (un personnage qu'il reprend dans X-Men : Dark Phoenix). L'année suivante, Tye est choisi par Steven Spielberg pour se glisser dans la peau du héros de Ready Player One, un adolescent affrontant un monde virtuel.

Le Texan est ensuite à l'affiche du drame The Mountain : une odyssée américaine et du thriller The Night Clerk, puis revient à la science-fiction avec Voyagers de Neil Burger. Variant les genres comme les supports, il est aussi le personnage principal de la série Wireless, dans laquelle il se retrouve coincé dans les montagnes du Colorado avec pour seul moyen de s'en sortir son smartphone.