Urodził się w Kingston upon Thames w Londynie, jako syn Nicoli „Nikki” Elizabeth (z domu Frost), fotografki, i Dominica Anthony’ego Hollanda, komika i autora. Jego dziadkowie ze strony ojca urodzili się odpowiednio na wyspie Man i Tipperary w Irlandii. Ma trzech młodszych braci: bliźniaków – Harry’ego i Sama (ur. 1999) oraz Patricka „Paddy’ego” (ur. 2004). Uczęszczał do rzymskokatolickiej szkoły dla chłopców Donhead Preparatory School w Wimbledonie w południowo-zachodnim Londynie. W grudniu 2012 ukończył jezuicki Wimbledon College. W szkole był prześladowany za bycie tancerzem. Następnie uczęszczał do BRIT School w Croydon. Uczył się tańca na zajęciach hip hopu w Nifty Feet Dance School w Wimbledonie. Jego potencjał dostrzegła choreografka Lynne Page, kiedy w 2006 występował ze swoją szkołą tańca w ramach Richmond Dance Festival. Po ośmiu castingach i dwóch kolejnych latach treningu, 28 czerwca 2008, Tom Holland zadebiutował na West Endzie w Victoria Palace Theatre w widowisku Billy Elliot the Musical jako Michael, najlepszy przyjaciel tytułowego bohatera. Od 8 września 2008 do 2010 grał rolę tytułową Billy’ego Elliota, otrzymując pozytywne recenzje. Użyczył głosu Shō w angielskiej wersji pełnometrażowym filmie anime Tajemniczy świat Arrietty (2010). Zwrócił uwagę amerykańskiej krytyki w roli Lucasa Bennetta w dramacie katastroficznym Juana Antonio Bayony Niemożliwe (Lo imposible, 2012) zdobywając wiele nagród filmowych, w tym Young Artist Award, a także był nominowany do nagrody Goya jako najlepszy nowy aktor i Nagrody Saturna w kategorii najlepszy młody aktor. Rola chłopaka okrętowego Thomasa Nickersona w historycznym dramacie przygodowym Rona Howarda W samym sercu morza (2015) u boku Chrisa Hemswortha i Cilliana Murphy’ego przyniosła mu nominację do Young Artist Award. Jako Peter Parker / Spider-Man w fantastycznonaukowym filmie akcji Kapitan Ameryka: Wojna bohaterów (2016) został uhonorowany Nagrodą Saturna w kategorii najlepszy młody aktor i był nominowany do Teen Choice Awards. Za rolę Petera Parkera / Spider-Mana w filmie Avengers: Koniec gry (2019) dostał Nickelodeon Kids’ Choice Awards 2020. Był na okładkach „The Hollywood Reporter” (w listopadzie 2016), „Rolling Stone” (w edycji meksykańskiej w lipcu 2017), „Entertainment Weekly” (w lipcu 2017), „Seventeen” (w edycji meksykańskiej w lipcu 2017) i „Vanity Fair” (w styczniu 2018).