Gleeson a commencé à jouer la comédie à l’âge de 8 ans, au sein de l’Independent Theatre Workshop. Il a tenu ses premiers rôles dans des films tels que Reign of Fire (2002), Batman Begins (2005), Shrooms (2007) et A Shine of Rainbows (2009). En 2010, il est apparu dans un rôle principal dans All Good Children. Le critique du magazine Variety a considéré Gleeson comme  » la grande découverte du pic « .

Gleeson a joué le rôle de Joffrey Baratheon dans la série Game of Thrones de HBO. Il cite l’interprétation de Commodus par Joaquin Phoenix dans Gladiator (2000) comme une influence sur sa performance.

En 2012, Gleeson a indiqué son intention de se retirer de la scène pour poursuivre une carrière universitaire une fois son travail sur Game of Thrones terminé. En 2014, Gleeson a pris sa retraite d’acteur après avoir conclu son travail dans Game of Thrones. Dans une interview, il a déclaré que, bien qu’il ait été auparavant intéressé par la poursuite d’une carrière universitaire, il avait depuis  » abandonné cette idée « 

Pendant les années 2010, Gleeson était membre de la compagnie Collapsing Horse Theatre Company, basée à Dublin, dont il était également fondateur et producteur. Il faisait partie de la distribution originale de la première production théâtrale de la compagnie, Monster / Clock, un spectacle de théâtre pour enfants qui a été créé à Dublin en 2012. Il est ensuite apparu dans la « comédie lo-fi » de la compagnie, Bears in Space, dont la première a eu lieu à Dublin en juillet 2014 et qui a participé au Festival Fringe d’Édimbourg 2014. Le spectacle a été bien critiqué et a eu des productions de reprise à Dublin et à Londres en 2015 et off-Broadway à New York en septembre 2016 dans le cadre du 1er festival de théâtre irlandais d’Origin. Collapsing Horse a pris fin en novembre 2019.

En 2019, Gleeson a fait deux apparitions publiques. En juin, il a participé à l’émission de comédie musicale AMUSICAL au festival de comédie Kilkenny Cat Laughs à Kilkenny, en Irlande, avec les humoristes Eleanor Tiernan et Alison Spittle. En août, il a fait une apparition surprise à l’événement Trinity Brawl 2 d’Over the Top Wrestling à Dublin, où il a joué le visage, judicieusement appelé  » TV’s Jack Gleeson « , face au lutteur irlandais J Money.

En mars 2020, il a été annoncé que Gleeson reviendrait à la télévision, après avoir obtenu un petit rôle dans la nouvelle série Out Of Her Mind de Sara Pascoe.