Po ukończeniu szkoły średniej w roku 1979 Thomas Haden Church rozpoczął karierę w przemyśle rozrywkowym jako prezenter radiowy w lokalnej stacji w Teksasie. Na początku lat 80. przeprowadził się do Kalifornii by poświecić się aktorstwu. Zadebiutował w filmie „Gypsy Angels” (1980), jednak dopiero pod koniec dekady zaczął regularnie występować w telewizyjnych serialach, m.in. w „21 Jump Street” (1989) i „Zdrówko” (1989). Przełomem w jego karierze była rola niezbyt rozgarniętego mechanika Lowella Mathera w sitkomie „Skrzydła” (1990-95). Sporej popularności przysporzył mu udział w innym serialu komediowym „Ned i Stacey” (1995), w którym aktor zagrał tytułowego Neda Dorsey’a – karierowicza, który zaledwie po tygodniu znajomości poślubił Stacey (Debra Messing), aby zdobyć awans.

W latach 90. Thomas Haden Church łączył występy w popularnych serialach, z graniem w filmach kinowych. Z tamtego okresu pochodzi western „Tombstone” (1993), w którym Church pojawił się w roli drugoplanowej jednego z braci Clantonów – przywódców bandy rzezimieszków. W horrorze „Władca demonów” (1995) aktor zagrał przerażającego strażnika demonów. Jako czarny charakter Lyle van der Groot Church wystąpił w familijnym filmie „George prosto z drzewa” (1997), rolę tę powtórzył 6 lat później w sequelu „George prosto z drzewa II” (2003).

W 2001 roku Thomas Haden Church w komedii kryminalnej „3000 mil do Graceland” zagrał szeryfa Quigley’a, który tropi bandę złodziei przebranych za Elvisa Presley’a. Dwa lata później Church zadebiutował jako reżyser i scenarzysta niezależną produkcją „Rolling Kansas” (2003) – komedią opowiadającą o wyprawie do magicznego lasu, w którym zamiast drzew rośnie marihuana. W tym filmie zagrał on również drugoplanową rolę Agenta Madsena.

Największym sukcesem w jego karierze był udział w niezależnej produkcji „Bezdroża” (2004) Alexandra Payne, gdzie Church zagrał Jacka – aktora telewizyjnego w średnim wieku, który wraz z przyjacielem Milesem wyrusza w podróż po kalifornijskich winnicach zanim wstąpi w związek małżeński. Włóczęga po tytułowych bezdrożach staje się dla obydwu mężczyzn nie tylko kawalerskim rytuałem, ale też podróżą w głąb siebie w poszukiwaniu własnej tożsamości. Rola w tym filmie przyniosła Thomasowi Hadenowi Churchowi Independent Spirit Award dla najlepszego aktora drugoplanowego, nominacje do Złotego Globu i Oscara w tej kategorii, oraz liczne nagrody amerykańskich krytyków filmowych.

Church chętnie powraca do swoich radiowych korzeni podkładając głos w filmach animowanych. W 2006 roku będzie go można usłyszeć w „Skoku przez płot” i „Pajęczynie Charlotty”. Aktor wystąpi także w wyczekiwanym z niecierpliwością sequelu „Spider-Man 3” (2007), gdzie zagra negatywnego bohatera Flinta Marko, który przeistacza się w groźnego Sandmana.