2010-2011: Wczesna kariera
przed ukończeniem studiów na Queensland University of Technology, Thwaites zadebiutował w filmie „Za Tobą”, niezależnym filmie z 2010 roku. Po ukończeniu studiów Thwaites pojawił się w odcinku Sea Patrol oraz w filmie krótkometrażowym Headsmen.
w listopadzie 2010 roku Thwaites, wraz z Adele Perovic, Benem Schumannem, Emily Robins i Gracie Gilbert, został obsadzony w nowym australijskim serialu dla nastolatków Fox8, Slide. Serial opowiada o pięciu nastolatkach z Brisbane, którzy zmierzają do dorosłości. Thwaites uważa, że jego postać, Luke Gallagher, ” trochę się cofnął. Patrzy. Zmaga się z problemami rodzinnymi. Jest przyciągany, ponieważ była to szansa na znalezienie lepszych przyjaciół i możliwość bycia częścią grupy. To fajny, przyjęty dzieciak. Przyjaciół, których może pokochać i pomóc mu dojrzeć.”Thwaites pojawił się po raz pierwszy na Slide w premierowym odcinku serialu 16 sierpnia 2011 roku. Serial trwał jeden sezon.
krótko po tym, jak Thwaites przeniósł się do Sydney z Cairns w kwietniu 2011 roku, otrzymał pięciomiesięczną powtarzającą się rolę Stu Hendersona w 24 sezonie u siebie i na wyjeździe. Thwaites nazwał show wspaniałym doświadczeniem uczenia się i powiedział, że jego współpracownicy byli łatwi w pracy. Thwaites po raz pierwszy pojawił się jako Stu, członek River Boys, 23 sierpnia 2011 roku. Tristan Swanwick z The Courier-Mail powiedział, że Thwaites był „trochę zbyt ładny, aby być niegrzecznym chłopcem z rzeki”, ale niektóre fałszywe tatuaże równoważą to wrażenie. Jego postać, Thwaites powiedział: „Stu jest niesamowity, ma kilka walk, dostaje dziewczyny, to świetna zabawa.”
2012–2016:
po przeniesieniu się Thwaitesa do Stanów Zjednoczonych, podpisał kontrakt na rolę męską w filmie telewizyjnym Blue Lagoon: The Awakening z 2012 roku u boku australijskiej aktorki Indiany Evans. Film otrzymał ogólnie mieszane recenzje, Zap2it chwalił zarówno thwaitesa, jak i Evansa „(w większości) wiarygodną” grę aktorską, a The New York Times stwierdził, że ich występy były lepsze od głównych ról w pierwszym filmie serii.
w 2013 roku Thwaites zagrał w psychologicznym horrorze Oculus, w roli głównej Tima Russella. Produkcja filmu rozpoczęła się w październiku 2012 roku w Alabamie, a została zakończona kilka tygodni później. Premiera filmu miała miejsce 5 września 2013 roku podczas Międzynarodowego Festiwalu Filmowego w Toronto, a światowa premiera filmu miała miejsce 11 kwietnia 2014 roku. Jego występ jako Russella został dobrze przyjęty przez Indiewire, który twierdził, że Thwaites zachowywał „wiarygodnie przerażone zachowanie” w całym filmie.
w 2014 roku Thwaites na krótko powrócił do Australii, aby kręcić thriller kryminalny Son of a Gun. Kręcony głównie w Perth, Kalgoorlie i Melbourne, Thwaites musiał być przesłuchiwany do roli JR do 10 razy, zanim wylądował w roli.”Jeśli chodzi o jego postać, Thwaites powiedział:” skorzystałem z okazji do przesłuchania, gdy to się pojawiło i odkryłem, że postać była bardzo wrażliwym dzieckiem wśród dziwnych mężczyzn, którzy są w jakiś sposób inspiracją. Po prostu myślałem, że to było interesujące jako młody człowiek.”Thwaites otrzymał uznanie krytyków za jego rolę JR, z Variety twierdząc ,że” robi odpowiednio bystrooki, czysty ołów, zachowując rodzaj porowatej naiwności, nawet gdy postać dostaje krew”, a Sydney Morning Herald chwali jego rolę jako zagorzałego bohatera fabuły. Premiera filmu odbyła się w Australii 16 października 2014 roku.
w 2014 roku Thwaites pojawił się w Maleficent jako Książę Filip u boku Angeliny Jolie i Elle Fanning. Sequel Maleficent został wydany w 2019 roku, ale Harris Dickinson został ponownie wcielony w rolę Thwaitesa, ponieważ Thwaites nie był w stanie powrócić z powodu konfliktów harmonogramu. Dodatkowo, zagrał w Signal jako główny bohater, Nic Eastman, naprzeciwko Laurence Fishburne i Olivia Cooke. Premiera filmu odbyła się na Sundance Film Festival w styczniu, siedem miesięcy po nakręceniu filmu na pustyni w Nowym Meksyku. Thwaites otrzymał pochwałę w recenzji przez Plain dealera, który zauważył, że jego wydajność w sygnale była ” jako atrakcyjna obecność w fotelu kierowcy, ponieważ rzeczy stają się dziwniejsze i dziwniejsze wokół niego.”
później w tym samym roku, miał również główną rolę w Giver, grając Jonasa, obok Jeffa Bridgesa i Meryl Streep. Film został nakręcony głównie w Republice Południowej Afryki i spotkał się z negatywnymi recenzjami, a The Telegraph skrytykował postać Thwaitesa za „to, że dał nam warstwowego, skonfliktowanego bohatera tego filmu „. Jednak jego portret został dobrze przyjęty przez Huffington Post, który pochwalił działanie Thwaites oraz przez The Plain Dealer, który zauważył, że ” szybko wznoszący się Thwaites…świetnie sobie radzi z główną rolą.”Otrzymał Nagrodę Australijczyków w filmie” Breakthrough Award „za rolę w „The Giver”.
Thwaites wystąpił w Gods of Egypt u boku Gerarda Butlera i Geoffreya Rusha. Grał Beka, ludzkiego złodzieja. Zdjęcia do filmu rozpoczęły się 20 marca 2014 roku w Fox Studios w Sydney w Australii, a światowa premiera filmu odbyła się 26 lutego 2016 roku.
2017-obecnie: Piraci z Karaibów i Tytaniedytuj
Thwaites zagrał w sequelu przygodowo-fantasy Pirates of the Caribbean: Dead Men Tell No Tales, który został wydany 26 maja 2017 roku. Thwaites wcielił się w postać Henry 'ego Turnera (syna Orlando Blooma i postaci Keiry Knightley), u boku Johnny’ ego Deppa, Geoffreya Rusha i Javiera Bardema. Zdjęcia do filmu rozpoczęły się w lutym 2015 roku na Złotym Wybrzeżu Queensland w Australii.
po piratach Thwaites miał główną rolę w chrześcijańskim filmie z 2017 roku, wywiad z Bogiem, w którym wcielił się młody dziennikarz, Paul Asher. W tej roli wystąpił u boku nominowanego do Oscara Davida Strathairna. Thwaites został następnie obsadzony w roli Dicka Graysona / Robina w serialu DC Universe Titans, który rozpoczął emisję w 2018 roku.