Tom Ellis nació el 17 de noviembre de 1978 en Cardiff, Gales, Reino Unido como Thomas John Ellis. Su madre es Marilyn Jean Hooper y su padre: Christopher John Ellis.
Tom tiene tres hermanas: Annwen, Naomi y su gemela Lucy.
Su padre, hermana y tío son todos ministros bautistas, y su tío, Robert Ellis, es el director de Regent’s Park College, Oxford. Tom asistió a la escuela High Storrs en Sheffield durante su educación y tocó la trompa en la Orquesta Juvenil de la Ciudad de Sheffield. Tom estudió el Grado de Estudios Dramáticos en el Real Conservatorio de Escocia, que anteriormente se llamaba Academia Real de Escocia de Música y Drama (RSAMD).
Otros papeles notables incluyen a Gary Preston en el exitoso programa de televisión “Miranda” que se transmitió en la BBC junto a Miranda Hart desde el 9 de noviembre de 2009 hasta el 1 de enero de 2015, Thomas Milligan en el final de la temporada 3 del programa de televisión de ciencia ficción de la BBC One, Doctor Who o King Cenred en la serie dramática de la BBC Merlin. En julio y agosto de 2009, Tom protagonizó la comedia de TV el Monday Monday. Tom fue el protagonista de la serie estadounidense Rush, interpretando al médico de Hollywood William Rush. En febrero de 2015, se anunció que fue elegido para interpretar a Lucifer Morningstar en el drama de Fox TV, Lucifer, basado en los cómics de Neil Gaiman, cuyo estrenó tuvo lugar el 25 de enero de 2016.
Tom tiene 3 hijas, Nora que nació en 2005, Florence Elsie nacida en 2008 y Marnie Mae, que nació en 2012.
Tom se casó el 1 de Junio con la productora de televisión Meaghan Oppenheimer.