Nato e cresciuto nel Bedfordshire con il suo fratello gemello James, figlio di un ingegnere informatico e di una commerciante, nell'adolescenza entra immediatamente a far parte del Bancroft Players Youth Theatre dove comincia da processi per la prima volta l'arte drammatica, pur non tralasciando mai la sua istruzione. Infatti, si iscriverà alla Samuel Whitbread Community College. Prenderà parte a diversi spettacoli teatrali come la versione per il palcoscenico del libro di Primo Levi "Se questo è un uomo", imponendosi come uno dei migliori giovani attori della sua generazione nonché molto amato dalla critica. Laureato alla Royal Academy of Dramatic Art, riuscirà ad ottenere il ruolo di Amleto nel 2004 e sarà così esaltante nella sua performance che molti vedranno in lui un futuro Laurence Olivier.
Il protagonista di Profumo - Storia di un assassino
Il debutto cinematografico avviene invece nel 1999 grazie al film di William Boyd The Trench con Daniel Craig, James D'Arcy e Cillian Murphy. Poi dopo aver recitato nella serie tv Other People's Children (2000), ha occasione di lavorare accanto ad Al Pacino ne Il mercante di Venezia (2004), seppur nel piccolo ruolo di un servo di Portia. Ma dopo il grande successo del suo Amleto, riesce a portare via la parte da protagonista del film Profumo - Storia di un assassino (2006) di Tom Tykwer, con Dustin Hoffman, Alan Rickman e Rachel Hurd-Wood, a Leonardo DiCaprio e Orlando Bloom, riuscendo a imporsi nell'atipico ruolo di Jean-Baptiste Grenouille, creatore di profumi grazie ai cadaveri di giovani donne in un settecentesco putrido e nauseante. La sua performance sarà così eccelsa da essere nominato come miglior attore agli European Film Award.
Altri film
Successivamente torna al teatro con un adattamento de "L'idiota", poi recita con Richard Gere in Io non sono qui (2007) e partecipa alla pellicola inglese Ritorno a Brideshead (2008), diventando il miglior amico del suo collega l'attore Matthew Goode, ma il punto più alto della sua carriera è senza dubbio il film di Jane Campion Bright Star (2009).
In seguito partecipa a numerosi importanti progetti, a partire dal capitolo del cinquantenario della saga di 007 Skyfall, al nuovo film di fantascienza dei fratelli Wachowski e Tom Tykwer Cloud Atlas e al Robopocalypse di Steven Spielberg e The Zero Theorem di Terry Gilliam. Nel 2015 torna a vestire i panni di Q nel nuovo Spectre - 007 firmato Sam Mendes e nello stesso anno entra nel cast di Heart of the Sea - Le origini di Moby Dick, l'adattamento cinematografico del romanzo Nel cuore dell'oceano - La vera storia della baleniera Essex scritto da Nathaniel Philbrick, diretto da Ron Howard.
Diretto da Lanthimos in The Lobster (2015), passa a progetti family come Paddington 2 (2017) e Il ritorno di Mary Poppins (2018), arrivando poi a La vita straordinaria di David Copperfield (2020) e al nuovo 007 No Time to Die (2021). L'anno successivo è diretto da Sarah Polley in Women Talking - Il diritto di scegliere ed è protagonista della serie This is going to Hurt.
