Mason Thames est né le 10 juillet 2007 à Dallas (États-Unis). Avant de faire carrière dans le milieu du cinéma, c’est tout d’abord dans celui de la danse qu’il se fait un nom. Sa sœur aînée, Brooke-Madison Thames, est également danseuse. Alors qu’il n’a que six ans, le jeune garçon se lance dans des tournées avec une compagnie de ballet professionnel. L’aventure dure trois ans, de 2013 à 2016.
Un an plus tard, Mason Thames fait ses débuts comme comédien dans le court-métrage After Omelas de Sean Peavy. Après cette première expérience, le jeune homme s’illustre dans plusieurs épisodes de séries (For All Mankind, Evel…) avant de prendre part, en 2021, au film horrifique Black Phone de Scott Derrickson aux côtés d’Ethan Hawke. Avec ce long-métrage, Mason Thames trouve son premier grand rôle, au terme d’un casting au cours duquel plusieurs centaines de candidats ont passé des auditions.
Sa carrière est lancée. Après avoir joué quelques épisodes de la série Walker, le comédien rejoint en 2024 le casting du teen movie Les Nouveaux de Dave et John Chernin, diffusé sur Netflix. La même année, il change de registre avec le film fantastique Monster Summer de David Henrie dans lequel il donne la réplique à Mel Gibson.
En 2025, il campe le rôle-titre du blockbuster Dragons de Dean DeBlois. Il sera dans les prochains mois à l’affiche de la comédie New Years Rev de Lee Kirk et reprendra le rôle de Finney dans Black Phone 2 face à Ethan Hawke, toujours réalisé par Scott Derrickson.