Thomas Grant Gustin nasce il 14 gennaio 1990 a Norfolk, in Virginia. Fin dagli anni del liceo mostra una predilezione per le materie artistiche frequentando il corso di Teatro Musicale alla Governor's School for the Arts di Norfolk. Dopo il diploma, per due anni frequenta il BFA Music Theatre Program presso la Elon University nella Carolina del Nord, ma deicide di lasciare gli studi per interpretare il ruolo di Baby John nel revival di West Side Story a Broadway, nel quale si esibisce tra il 2010 e il 2011.
Benché già nel 2006 interpreta un ruolo in un episodio della serie horror antologica A Haunting, il grande pubblico lo scopre solo nel 2011, quando, pochissimo tempo dopo la conclusione del tour di West Side Story, debutta nella fortunata musical comedy della FOX Glee con il ruolo di Sebastian Smythe, il nuovo solista arrogante e apertamente gay degli Usignoli. L'anno successivo recita nel film tv A Mother's Nightmare, collabora con i produttori di Glee nel talent show di Oxygen The Glee Project e recita in un lungo arco di episodi di 90210 nei panni di Campbell Price, un ricco e privilegiato studente universitario. Il 2014 è l'anno del primo ruolo al cinema: Todd Goodman nel film drammatico Affluenza.
La collaborazione con The CW nel sequel di Beverly Hills spiana la strada nel 2013 al ritorno di Gustin sulla rete con il ruolo di Barry Allen nella seconda stagione di Arrow. Fin dalle prime voci sul coinvolgimento del personaggio della DC Comics anche conosciuto come Flash, l'uomo più veloce del mondo, l'intenzione degli autori è renderlo il protagonista di uno spin-off sul velocista scarlatto. Il doppio episodio che lo coinvolge conquista il pubblico, e l'autunno successivo The Flash debutta sulla tv americana come la novità più vista nella storia della CW.