Le public le connaît surtout pour son rôle de la onzième incarnation du Docteur dans la série de science-fiction à succès Doctor Who. Ce rôle lui a valu une nomination aux BAFTA Awards en 2011. Il joue également dans la série Netflix à succès The Crown.
Il aspirait à devenir un joueur de football professionnel jusqu'à ce que des blessures à la colonne vertébrale mettent sa carrière sur la touche.
Il a remporté le National Television Award de l'interprétation dramatique masculine la plus populaire en 2012.
Sa sœur, Laura Jayne Smith, est apparue en 2004 dans le clip de la chanson "Call on Me" d'Eric Prydz. Il est sorti avec l'actrice Lily James de 2014 à 2019. Il est également sorti précédemment avec le mannequin Daisy Lowe.
En 2010, il a remplacé David Tennant dans le rôle du Docteur dans Doctor Who.