Eleanor Tomlinson solía ser bailarina pero siempre estuvo interesada en la actuación y realizaba presentaciones en el teatro de su escuela. Su debut en cine fue interpretando a la joven Sophie en la cinta El ilusionista (2006). En 2008 apareció como Jas en Angus, tangas y besos pegajosos (2008) y, un año más tarde, hizo un pequeño papel en la serie de la BBC, La aventuras de Sarah Jane. Su vida cambió drásticamente después de aparecer en la exitosa Alicia en el país de las maravillas (2010), donde interpretó a Fiona Chattaway.

Entonces fue casteada en varias películas que obtuvieron buena recepción por parte del público como Jack el cazagigantes (2013) y continuó en series de televisión exitosas como La reina blanca (2013) y, desde el 2015, estelariza en Poldark. Tuvo un papel en la nominada al Oscar, Cartas de Van Gogh (2017) y en 2019 aparecerá en el drama de época protagonizado por Keira Knightley, Colette (2019), en el papel de Georgie Raoul-Duval.