2010-2011: voordat hij afstudeerde aan de Queensland University of Technology, maakte Thwaites zijn filmdebuut in Charge Over You, een onafhankelijke film uit 2010. Na zijn afstuderen, Thwaites ging op te verschijnen in een aflevering van Sea Patrol en in de korte film, Headsmen.In November 2010, Thwaites, samen met Adele Perovic, ben Schumann, Emily Robins, en Gracie Gilbert, werd gegoten in een nieuwe Fox8 Australische tiener drama serie, Slide. De show volgt vijf Brisbane tieners op weg naar volwassenheid. Thwaites gelooft zijn karakter, Luke Gallagher, ” staat een beetje terug. Hij kijkt toe. Hij worstelt met familieproblemen. Hij is aangetrokken omdat het een kans was om betere vrienden te vinden en een kans om deel uit te maken van een groep. Hij is een cool, geaccepteerd kind. Sommige vrienden die hij kan liefhebben en hem helpen volwassen te worden. Thwaites maakte zijn eerste verschijning op Slide in de eerste aflevering van de serie op 16 augustus 2011. De serie liep één seizoen.Kort nadat Thwaites in April 2011 vanuit Cairns naar Sydney verhuisde, kreeg hij een vijf maanden durende terugkerende rol van Stu Henderson in het 24e seizoen van Home and Away. Thwaites noemde de show een geweldige leerervaring en zei dat zijn co-sterren gemakkelijk waren om mee te werken. Thwaites maakte zijn eerste verschijning als Stu, een lid van de River Boys, op 23 augustus 2011. Tristan Swanwick van de Courier-Mail zei dat Thwaites was een “beetje te mooi om een bad-ass River Boy” maar dat sommige nep-tatoeages zou evenwicht die indruk. Van zijn karakter, Thwaites zei: “Stu is geweldig, hij heeft wat gevechten, hij krijgt de meisjes, het is geweldig leuk.”
2012–2016: Na Thwaites ‘ verhuizing naar de Verenigde Staten, Hij tekende op om de mannelijke hoofdrol te spelen in de 2012 tv-film Blue Lagoon: The Awakening tegenover de Australische actrice Indiana Evans. De film kreeg over het algemeen gemengde recensies, met zap2it prees zowel Thwaites en Evans’ “(meestal) geloofwaardig” acteren en de New York Times zeggen dat hun prestaties waren superieur aan die van de leads in de eerste film van de serie.
Thwaites bij de première van Oculus, Toronto Film Festival, 8 September 2013
in 2013, Thwaites starred in de psychologische/bovennatuurlijke horrorfilm Oculus, als de mannelijke hoofdrol Tim Russell. De productie van de film begon in oktober 2012 in Alabama, en werd een paar weken later voltooid. De film werd voor het eerst uitgebracht op 5 September 2013, op het Toronto International Film Festival 2013, en kreeg een wereldwijde theatrale release op 11 April 2014. Zijn optreden als Russell werd goed ontvangen door Indiewire, die beweerde dat Thwaites een “geloofwaardig angstige houding” gedurende de film behield.In 2014 keerde Thwaites kort terug naar Australië voor de opnames van de misdaadthriller Son of a Gun. Voornamelijk geschoten in Perth, Kalgoorlie en Melbourne, Thwaites moest auditie voor de rol van JR ” tot 10 keer voor de landing van de rol.”Met betrekking tot zijn karakter, Thwaites zei,” Ik sprong op de gelegenheid om auditie toen dit kwam en ik vond het karakter was een zeer kwetsbaar kind onder vreemde mannen die op een bepaalde manier een inspiratie. Ik vond dat ook interessant als jonge man.”Thwaites ontvangen lovende kritieken voor zijn vertolking van JR, met Variety beweren dat hij” maakt een geschikt keen-eyed, clean-scrubed lood, behoud van een soort poreuze naïviteit, zelfs als het karakter krijgt zijn bloed omhoog ” en de Sydney Morning Herald prees zijn rol als de strijdbare held van de plot. De film ging in première in Australië op 16 oktober 2014.In 2014 verscheen Thwaites in Maleficent als Prins Phillip naast Angelina Jolie en Elle Fanning. Een Maleficent sequel werd uitgebracht in 2019, maar Harris Dickinson werd herschikt in Thwaites’ rol als Thwaites was niet in staat om terug te keren als gevolg van planning conflicten. Daarnaast speelde hij in the Signal als de mannelijke hoofdrol, Nic Eastman, tegenover Laurence Fishburne en Olivia Cooke. De film opende op het Sundance Film Festival in Januari, zeven maanden na de opnames op locatie in de woestijn van New Mexico. Thwaites kreeg lof in een beoordeling door de Plain Dealer die merkte zijn prestaties in het signaal was “als een dwingende aanwezigheid in de bestuurdersstoel als dingen worden freakier en freakier om hem heen.Later in het jaar had hij ook de hoofdrol in the Giver, waar hij Jonas speelde, naast Jeff Bridges en Meryl Streep. Voornamelijk gefilmd in Zuid-Afrika, werd de film ontvangen met over het algemeen gemengde tot negatieve recensies, met The Telegraph kritiek Thwaites’ vertolking voor “he to give us the layered, conflicted hero this film “. Echter, zijn vertolking werd goed ontvangen door de Huffington Post, die prees Thwaites’ handelen en door de Plain Dealer, die merkte op dat de “fast-rising Thwaites…doet goed werk met de hoofdrol. Hij werd bekroond met de Australiërs in de Film “Breakthrough Award” voor zijn rol in The Giver.Thwaites speelde in Gods of Egypt, samen met Gerard Butler en Geoffrey Rush. Hij speelde Bek, een menselijke dief. De film begon op 20 maart 2014 in de Fox Studios in Sydney, Australië, en werd wereldwijd uitgebracht op 26 februari 2016.
2017-heden: Pirates of the Caribbean en TitansEdit
Thwaites speelden in het fantasy-adventure vervolg Pirates of the Caribbean: Dead Men Tell No Tales, dat werd uitgebracht op 26 mei 2017. Thwaites portretteert Henry Turner (de zoon van Orlando Bloom en Keira Knightley ‘ s personages), tegenover Johnny Depp, Geoffrey Rush en Javier Bardem. De opnames van de film begonnen in februari 2015, aan de Gold Coast van Queensland, Australië.Na piraten had Thwaites een hoofdrol in de christelijke film An Interview with God uit 2017, waarin een jonge journalist, Paul Asher, werd afgebeeld. In deze rol, hij starred tegenover Academy Award-genomineerde David Strathairn. Thwaites werd vervolgens gecast als Dick Grayson / Robin in de DC Universe serie Titans die begon te luchten in 2018.