Gleeson 8 éves korában kezdett színészkedni, az Independent Theatre Workshopban. Első szerepei olyan filmekben voltak, mint a Tűz uralma (2002), a Batman kezdetek (2005), a Gombák (2007) és a Szivárványok ragyogása (2009). 2010-ben főszerepet játszott az All Good Children című filmben. A Variety magazin kritikusa Gleesont “a piktor nagy felfedezésének” tartotta.

Gleeson Joffrey Baratheon szerepét játszotta az HBO Trónok harca című sorozatában. A Gladiátorban (2000) Joaquin Phoenix Commodus alakítását említi, mint ami hatással volt az alakítására.

2012-ben Gleeson jelezte, hogy a Trónok harca befejezése után vissza akar vonulni a színészkedéstől, hogy tudományos karrierbe kezdjen. 2014-ben Gleeson visszavonult a színészkedéstől, miután befejezte munkáját a Trónok harcában. Egy interjúban azt nyilatkozta, hogy bár korábban érdeklődött az akadémiai pálya iránt, azóta “elállt ettől az ötlettől.”

A 2010-es években Gleeson a dublini székhelyű Collapsing Horse Theatre Company társulatának tagja volt, amelynek alapítója és producere is volt. Tagja volt a társulat első színházi produkciójának, a Monster / Clock című gyermekszínházi előadásnak, amelyet 2012-ben mutattak be Dublinban. Legközelebb a társulat “lo-fi komédiájában”, a Bears in Space-ben szerepelt, amelyet 2014 júliusában mutattak be Dublinban, és amely részt vett a 2014-es Edinburgh Festival Fringe-en. Az előadás jó kritikákat kapott, és 2015-ben Dublinban és Londonban felújított előadásokon, 2016 szeptemberében pedig New Yorkban, az Origin 1. ír színházi fesztiváljának részeként off-Broadway előadásokon mutatták be. A Collapsing Horse 2019 novemberében ért véget.

2019-ben Gleeson két alkalommal lépett a nyilvánosság elé. Júniusban szerepelt az AMUSICAL című zenés-vígjátékos műsorban a Kilkenny Cat Laughs komédiafesztiválon Kilkennyben, Írországban Eleanor Tiernan és Alison Spittle komikusokkal. Augusztusban meglepetésszerűen megjelent az Over the Top Wrestling Over the Top Wrestling Trinity Brawl 2 rendezvényén Dublinban, ahol az ír pankrátor J Money-val szemben játszotta az arcot, akit találóan “TV-s Jack Gleesonnak” neveztek el.

2020 márciusában bejelentették, hogy Gleeson visszatér a televízióba, miután kapott egy kisebb szerepet Sara Pascoe új sorozatában, az Out Of Her Mind-ban.