Gleeson a început să joace la vârsta de 8 ani, în cadrul Independent Theatre Workshop. Primele sale roluri au fost în filme precum Reign of Fire (2002), Batman Begins (2005), Shrooms (2007) și A Shine of Rainbows (2009). În 2010, a apărut într-un rol principal în All Good Children. Criticul revistei Variety l-a considerat pe Gleeson „marea descoperire a filmului”.

Gleeson a jucat rolul lui Joffrey Baratheon în serialul HBO Game of Thrones. El citează interpretarea lui Joaquin Phoenix în rolul lui Commodus din Gladiator (2000) ca fiind o influență asupra interpretării sale.

În 2012, Gleeson și-a manifestat intenția de a se retrage din actorie pentru a urma o carieră academică după ce își va încheia activitatea în Game of Thrones. În 2014, Gleeson s-a retras din actorie după ce și-a încheiat activitatea în Game of Thrones. Într-un interviu, el a declarat că, deși anterior fusese interesat să urmeze o carieră academică, de atunci „a renunțat la această idee.”

În cursul anilor 2010, Gleeson a fost membru al companiei Collapsing Horse Theatre Company din Dublin, al cărei fondator și producător a fost și el. El a făcut parte din distribuția originală a primei producții teatrale a companiei, Monster / Clock, un spectacol de teatru pentru copii care a avut premiera la Dublin în 2012. A apărut apoi în „comedia lo-fi” a companiei, Bears in Space, care a avut premiera la Dublin în iulie 2014 și a luat parte la Festivalul Fringe de la Edinburgh din 2014. Spectacolul a fost bine recenzat și a avut producții de reluare la Dublin și Londra în 2015 și off-Broadway la New York în septembrie 2016, ca parte a primului festival de teatru irlandez Origin. Collapsing Horse a luat sfârșit în noiembrie 2019.

În 2019, Gleeson a avut două apariții publice. În iunie, a apărut în programul de comedie muzicală AMUSICAL din cadrul festivalului de comedie Kilkenny Cat Laughs din Kilkenny, Irlanda, alături de comediantele Eleanor Tiernan și Alison Spittle. În august, a avut o apariție surpriză la evenimentul Over the Top Wrestling’s Trinity Brawl 2 din Dublin, unde a jucat rolul fetei, numit pe bună dreptate „TV’s Jack Gleeson”, alături de luptătorul irlandez J Money.

În martie 2020, s-a anunțat că Gleeson va reveni la televiziune, după ce a fost distribuit într-un rol mic în noul serial al lui Sara Pascoe, Out Of Her Mind.

.