Acteur célèbre pour son rôle dans le film Rabbit Hole et pour avoir joué aux côtés de JK Simmons en 2014 dans Whiplash. Sa performance dans The Spectacular Now lui a valu un Dramatic Special Jury Award au Sundance Film Festival de 2013. En 2020 il joue dans Top Gun: Maverick avec Tom Cruise.
Il a un Bachelor of Fine Arts de la Tisch School of the Arts de l'université de New York.
Il a joué dans la version théâtrale de Footloose, puis dans la version filmée. Il a aussi joué le rôle de Peter dans la série Divergent et celui de Reed Richards dans le blockbuster de 2015, Quatre Fantastiques.
Ses parents, Merry et Mike, ont déménagé plusieurs fois pendant son enfance. Son père était ingénieur dans une centrale nucléaire. Il a entamé une liaison avec Keleigh Sperry en 2013 et le couple s'est marié en 2019.
Il a été applaudi pour son travail dans Rabbit Hole, dans lequel jouait aussi Nicole Kidman.