Ella es mejor conocida por su papel destacado en la película estadounidense de 2018 Leave No Trace, por la que recibió elogios de la crítica. Viniendo de una familia de teatro y pantalla, Thomasin McKenzie comenzó a actuar desde los 12 años. Apareció como Astrid en la última entrega del Hobbit, El hobbit: La batalla de los cinco ejércitos (2014). En 2015 apareció en la serie Shortland Street e interpretando al personaje principal en la serie web Lucy Lewis Can't Lose (2017). En 2018 fue ampliamente elogiada por el largometraje estadounidense Leave No Trace, donde interpretó el papel de una adolescente salvaje que vive en un bosque con su padre. Siguió con el drama de Netflix El rey (2019) y la película de Taika Waititi, Jojo Rabbit (2019). Por esta última fue nominada a los Critics’ Choice Movie Awards a la Mejor interpretación joven, sin embargo, no se llevó el galardón a casa.