Enfant acteur applaudi, il a capté l'attention des critiques pour son rôle de Jack dans le film primé aux Oscars de 2015, Room. Il a aussi eu des rôles remarqués dans Ne t'endors pas, Wonder, The Book of Henry et Good Boys. En 2019 il est choisi pour le rôle de Polochon dans le film La petite sirène de 2021.
Il a fait ses débuts en long métrage en 2013 dans Les Schtroumpfs 2 et la même année il joue dans un épisode de Motive et de Mr. Young.
En 2016 il décroche des rôles dans Opression et dans Burn Your Maps. Il a prêté sa voix à Blue Winslow dans Les Schtroumpfs 2. Il a fait une apparition dans la vidéo de la chanson de Justin Bieber Lonely.
Il est le frère cadet d'Emma Tremblay et le frère aîné d'Erica Tremblay.
Il a joué le fils de Brie Larson dans le film Room de 2015.