Tye Sheridan ha iniziato a recitare negli spettacoli scolastici, prima di essere scelto tra circa 10.000 aspiranti per il film The Tree of Life, del regista di culto Terrence Malick. In questo straordinario film, che racconta il percorso di crescita con un padre severo, Tye interpreta il ruolo del sensibile figlio più giovane di Jessica Chastain e Brad Pitt. Nel 2011, The Tree of Life vince la Palma d'oro a Cannes, il Gotham Award per il miglior film e riceve tre nomination agli Oscar. Tye viene inserito da Indiewire nella classifica dei 20 migliori attori e registi del 2011. Nel 2013 è protagonista di Joe, un film drammatico ambientato nel sud, diretto da David Gordon Green, in cui interpreterà Gary Jones, il figlio più grande di una famiglia sbandata con un padre alcolizzato. Nel film, trova un amico in Nicholas Cage, un ex galeotto, che lo aiuta nella sua ricerca di una vita migliore, nella difficile realtà di una cittadina del Mississippi.
Per questa interpretazione vince il premio Marcello Mastroianni al festival di Venezio 2013. Dal 2016 al 2019 interpreta Ciclope in X-Men - Apocalisse e in X-Men: Dark Phoenix. Nel 2018 ha recitato nel film di Steven Spielberg Ready Player One, nel 2021 in The Tender Bar e ne Il collezionista di carte, e nel 2023 in Città d'asfalto.
Tye è appassionato di baseball, di basket, di caccia e pesca con l'arco e vive a Elkhart, in Texas.