Томас Пэйн родился 21 декабря 1982 года в английском городе Челмсфорд, графство Эссекс. В своем родном городе учился в школе с театральным уклоном, после чего переехал в Лондон и поступил там в Центральную школу ораторского и актерского искусства, которую успешно окончил в 2005 году.
Практически сразу после окончания школы Том начинает сниматься для телевидения. С 2007 по 2008 год Том занят на съемках сериала «Улица Ватерлоо», рассказывающего о проблемах современной школы, учеников и учителей. Несмотря на то, что к моменту съемок «Улицы Ватерлоо» Тому уже исполнилось 24 года, он смог убедительно сыграть 17-летнего школьника.
В кино Том дебютировал в 2008 году в романтической комедии «Мисс Петтигрю», главные роли в которой исполнили Фрэнсис МакДорманд и Эми Эдамс.
В 2009 году Тому удалось легко влюбить в себя всех британских домохозяек и добиться первой популярности, появившись на экранах телевизоров в очередной экранизации романа Эмилии Бронте «Грозовой перевал», хотя и играл в ней лишь второстепенную роль.
Пэйн продолжает успешно сниматься в телепроектах: в 2009 году он появляется в детективном сериале «Мисс Марпл Агаты Кристи», с 2011 по 2012 играет в сериале про теневую сторону мира конных скачек и конного спорта «Фарт», от режиссера Майкла Манна с Дастином Хоффманом в главной роли.
В 2013 году Тому Пэйну удается получить главную роль в большом кино, в высокобюджетной экранизации одноименного бестселлера, исторической приключенческой драмы, «Лекарь, ученик Авиценны». Том играет юного героя, который жаждет стать учеником великого лекаря из Персии, Авиценны, чтобы разгадать его секрет излечения от страшных недугов. Вместе с Пэйном в фильме играют Бен Кингсли и Стеллан Скарсгард. Фильм вышел в прокат во многих странах мира, и на сегодняшний день это самый крупный проект Пэйна.
