Sus primeros papeles incluyen una participación menor en Reign of Fire (2002), Batman Begins (2005), Shrooms (2007), A Shine of Rainbows (2009).

En 2010 trabajó en All Good Children, de Alicia Duffy.

Dijo que el trabajo de Joaquin Phoenix en Gladiator había sido una influencia para interpretar ese papel.

En 2014, tras terminar su trabajo en la serie, decidió dejar la actuación durante un tiempo indefinido para centrarse en su carrera académica.

Gleeson estudió Teología y Filosofía en el Trinity College de Dublín graduándose en 2015, y es miembro de DU Players.