Thomas Jeffery Wilkinson est né à Leeds. Lorsqu’il était jeune, il est parti avec sa famille au Canada avant de revenir en Angleterre où il a été diplômé de l’Université du Kent. Il a ensuite rejoint la Royal Academy of Dramatic Art. Wilkinson vit à Londres avec sa femme, Diana Hardcastle, également actrice, et ses deux enfants, Alice et Mollie.
Wilkinson a fait ses débuts à la télévision dans le milieu des années 1970, et a travaillé sur diverses séries britanniques. Il a été remarqué en 1994 pour son rôle de Seth Pecksniff dans une adaptation par la BBC du roman Martin Chuzzlewit de Charles Dickens. Il fait quelques apparitions au cinéma avant de participer au film The Full Monty en 1997.
Ce succès a été suivi par Oscar et Lucinda, Oscar Wilde, Shakespeare in Love, The Patriot, Le Chemin de la liberté, Eternal Sunshine of the Spotless Mind, L'Exorcisme d'Emily Rose, Batman Begins, In the Bedroom, Separate Lies.