Taylor-Johnson började agera vid sex års ålder. På scenen uppträdde han i en London-produktion av Shakespeare ’ s Macbeth, spelar Macduffs son tillsammans med Rufus Sewell, som spelade Macbeth, 1999. Han dök upp i Arthur Millers alla mina söner 2000. Hans tv-roller har inkluderat Niker i 2004 BBC anpassning av romanen Feather Boy, Aaron i Danny Brocklehurst ’ s ITV1 serie prata med mig, och Owen Stephens i nästan känd. År 2003 uppträdde Taylor-Johnson som en ung Charlie Chaplin i Shanghai Knights, med Chaplin avbildad som medlem i ett London-gäng av gatugäng. År 2006 uppträdde han i Illusionisten och uppträdde i de tidiga flashback-scenerna som Edward Nortons karaktär, Eduard Abramovicz, som tonåring. Scenerna visar den unga Eduard när han först lär sig magi, och för att göra detta måste Johnson lära sig att utföra bolltricket som visas av hans karaktär. Han lärde sig hur man utför balanseringen av ägget på pinnen, även om det utfördes mekaniskt. Även 2006 spelade han in i filmen The Thief Lord, as Prosper.

Taylor-Johnson på 2013 San Diego Comic-Con främja Godzilla

Taylor-Johnson dök upp som John Lennon i 2009 biografiska filmen ingenstans pojke, regisserad av Sam Taylor-Wood. Hans prestation såg honom få Empire Award för Bästa nykomling och han nominerades också till Årets unga brittiska artist av London Film Critics’ Circle. 2010 framträdde Taylor-Johnson som David ”Dave” Lizewski/Kick-Ass, huvudpersonen i Kick-Ass, baserat på superhjälteserien med samma namn av skotsk författare Mark Millar. Hans prestation i Kick-Ass såg honom nominerad till BAFTA Rising Star Award. Han har också dykt upp som den centrala karaktären, William, I Hideo Nakatas chattrum. I December 2010 gick Taylor-Johnson med i rollen som Albert Nobbs som ersättare för Orlando Bloom, som hoppade av produktionen på grund av sin frus graviditet. Taylor-Johnson medverkade i R. E. M.’s 2011 musikvideo ”Jacobberlin”, som också var regisserad av hans dåvarande fästman kube.

2012 spelade Taylor-Johnson greve Vronsky i Anna Karenina. Senare samma år spelade han som Ben i Oliver Stone ’ s Savages. HitFix filmkritiker Drew McWeeny var positiv till bandet mellan Johnson och co-star Taylor Kitsch, som ”verkar inte bara trovärdig men levde i och autentiska hela filmen”, och noterade utvecklingen i mognad Johnson sedan Kick-Ass. Taylor-Johnson spelade in i Godzilla omstart, släppt i maj 2014. Taylor-Johnson spelade Quicksilver i Avengers: Age of Ultron (2015), uppföljaren till 2012 års Avengers. Taylor-Johnson uppträdde först som karaktären i en scen efter filmen Captain America: The Winter Soldier. Rollen återförenade honom med Elizabeth Olsen, som spelade sin fru i Godzilla.

2016 spelade han Ray, en hotfull Texan, i Tom Fords thriller Nocturnal Animals. För rollen vann han Golden Globe Award för Bästa kvinnliga biroll – Motion Picture. Taylor-Johnson blev också första Golden Globe Award för Bästa kvinnliga biroll vinnare sedan Richard Benjamin som inte fick en Oscar nominering. För rollen fick han också en nominering till BAFTA Award för Bästa Skådespelare i en stödjande roll. År 2017 spelade han en amerikansk soldat (tillsammans med John Cena) I Doug Limans thriller The Wall, och 2018 dök han upp i Outlaw King, ett brittisk-amerikanskt historiskt actiondrama om Robert the Bruce och krig av skotsk självständighet. I maj 2019 spelades Taylor-Johnson i Christopher Nolans princip.Taylor-Johnson kommer att spela huvudrollen i West End-produktionen av pjäsen Pillowman av Martin McDonagh på Duke of York ’ s Theatre, som planeras äga rum 2021. Han är också inställd på att gå med i ensemblebesättningen av Bullet Train, en film baserad på romanen Mariab Siratoru av K. I mars 2021 undertecknade Taylor-Johnson som co-star och producent på den biografiska dramafilmen Rothko, regisserad av sin fru, Sam Taylor-Johnson.