Dean-Charles Chapman débute sa carrière au théâtre, avec le rôle-titre dans la comédie musicale Billy Elliot, adaptée du film sorti en 2000, et réalisée par Stephen Daldry.

Ses premiers pas à la télévision se font en 2007 dans Fun Song Factory, une émission britannique destinée aux enfants, puis dans Man Up, une sitcom diffusée sur la chaîne américaine ABC. Plus tard, il se glisse dans la peau de Stanley, un enfant brillant très curieux et fasciné par la science, dans la comédie The Revolting World of Stanley Brown, produite par CBBC. A 15 ans, l’adolescent est Richard Grey, fils cadet de la Reine Elisabeth Woodville, dans le period drama The White Queen.

2014 marque un grand tournant. En effet, le réalisateur Rowan Joffé lui offre une place sur le tournage de son thriller psychologique Avant d’aller dormir. Il devient Adam, dont la mère, jouée par Nicole Kidman, se réveille amnésique suite à un accident. La même année, l’équipe britannique de la mini-série Glue l’accueille au sein du casting de la première saison, aux côtés de Faye Marsay, également présente sur le tournage de The White Queen.

C’est en devenant Tommen Baratheon, dans la série déjà culte de HBO, Game of Thrones, que Dean-Charles est propulsé sous les feux des projecteurs. Introduit à partir de la saison 3, il interprète le plus jeune fils de Cersei Lannister, second en lice pour le trône de Westeros, et petit frère de Joffrey.