Né à Cardiff, au Pays de Galles, Tom Rhys Harries grandit dans un environnement stimulant auprès d'une mère enseignante et d'un père travailleuse social. Bilingue anglais-gallois, il se passionne très jeune pour la scène et intègre le National Youth Theatre du Pays de Galles. Il affine ensuite son jeu d'acteur à la prestigieuse Royal Welsh College of Music & Drama à Cardiff. Diplômé en 2013, il est rapidement repéré par l'industrie pour son charisme naturel et son intensité dramatique.

Sur grand écran, le comédien débute dès 2012 dans la comédie musicale Hunky Dory aux côtés de Minnie Driver, avant d'enchaîner avec le film d'action médiéval Le Sang des templiers 2 : La Rivière de sang (2014). Il enrichit sa filmographie cinématographique avec des productions d'envergure internationale telles que Dragonheart : Vengeance (2020) ou le thriller d'action Kandahar (2023) aux côtés de Gerard Butler. En 2025, il s'illustre dans la fresque historique The Return d'Umberto Pasolini, aux côtés de Ralph Fiennes et Juliette Binoche.

C'est à la télévision qu'il acquiert une grande notoriété grâce à des rôles marquants dans des séries britanniques et internationales. On le retrouve dans Unforgotten, Jekyll and Hyde et la série historique Britannia, mais c'est son rôle d'Axel Collins, le DJ assassiné dans la série Netflix White Lines (2020), qui le révèle au grand public. Il enchaîne ensuite avec Suspicion sur Apple TV+, et en campant le personnage principal de l'horrifique Clayface.