Su primer papel cinematográfico fue en la cinta independiente Stolen Moments, tras lo cual se mudó a Los Ángeles, California, para proseguir con su carrera.

Church ha demostrado ser un actor pragmático, y es famoso por su papel como el mecánico Lowell Mather en la serie Wings, emitida durante largo tiempo por NBC.

Church ha tenido papeles en numerosos largometrajes, siendo sobre todo recordado su papel junto a Brendan Fraser y Leslie Mann en George of the Jungle, y también por su actuación en la película emitida por cable Free Money, en la cual trabajó junto a Marlon Brando.

En 2007, Church ganó un premio Emmy y obtuvo sendas nominaciones a los Globos de Oro y a los premios del SAG por su papel como Tom Harte, junto al legendario Robert Duvall, en la miniserie televisiva de wéstern épico dirigida por Walter Hill Broken Trail, que recibió grandes elogios de la crítica y que se estrenó en American Movie Classics.

Thomas Haden Church ha sido nominado, entre otros, a los Premios Óscar y los Globos de oro.