Sharlto Copley fait ses premières armes en tant que réalisateur au lycée. À l’époque, le cinéaste en herbe n'a pas peur de repousser les limites et s'affiche dans des projets audacieux. Un an après le lycée, il co-fonde une société de production médias appelée Channel 69 Studios et rencontre Neill Blomkamp, alors âgé de quatorze ans, qu'il engage comme graphiste et designer informatique. Channel 69 devient très vite populaire et remporte le permis de diffusion de la première chaîne de télé privée d'Afrique du Sud. Copley diffuse alors un programme consacré au divertissement pour un public jeune nommé Deadtime, tout en réalisant des spots publicitaires, des clips musicaux et des courts métrages.

En 2005, il se lance dans l'industrie cinématographique en produisant le premier court-métrage de son collaborateur et ami Neill Blomkamp, Alive in Joburg, dans lequel il fait une apparition. La même année, il co-écrit et co-réalise deux des plus célèbres courts-métrages d'Afrique du Sud, tous deux présentés au Festival de Cannes en 2005: 2001: a space oddity, une comédie mettant en scène le crash d'une navette spatiale à Cape Town, puis Hellweek, parodie mettant en scène un camp militaire pour former les artistes sud-africains. Son passage vers le long-métrage s'opère avec l'aide de Simon Hansen, avec qui Copley co-écrit, produit et réalise le thriller surnaturel Spoon en 2008.

L'acteur est propulsé l'année suivante sur le devant de la scène avec District 9, à nouveau réalisé par Blomkamp et produit par Peter Jackson, dans lequel il interprète le rôle principal de Wikus Van De Merwe. Véritable outsider, cette fable futuriste et fantastique sur l'apartheid, unanimement saluée par la critique à sa sortie, est nommée pour l'Oscar du Meilleur film en 2010. Révélation du film, le natif de Johannesburg se voit offrir l'un des rôles principaux dans l'adaptation cinématographique de la série à succès L'Agence tous risques aux côtés de Liam Neeson, Bradley Cooper, Jessica Biel et Quinton Jackson.

Sharlto Copley enchaîne ensuite les rôles de méchants dans des productions efficaces. Ainsi, il est un mercenaire sadique, l’agent Kruger, dans Elysium, qui marque sa troisième collaboration avec Blomkamp, puis le manipulateur Adrian Pryce dans le remake d’Old Boy par Spike Lee. Du méchant au gentil il n’y a qu’un pas, que saute habilement Sharto Copley en incarnant le roi Stéphane, le père de la princesse Aurore alias la Belle au bois dormant, dans Maléfique des studios Disney, avec Angelina Jolie et Elle Fanning. Il retrouve ensuite Blomkamp pour le film de SF Chappie aux côtés de Hugh Jackman en méchant, puis campe le héros de l'explosif Hardcore Henry, tourné en caméra subjective.

En 2018, Sharlto Copley goûte aux joies du petit écran avec la série policière SF Powers. Puis, il prend part aux comédies Gringo et Free Fire, ainsi qu'au biopic Ted K, qui retrace le sanglant parcours du terroriste américain Ted Kaczynski (plus connu sous le nom de "Unabomber"). En 2022, il est confronté à un lion mangeur d'hommes en compagnie d'Idris Elba dans Beast.