Tye ha iniziato molto presto la sua carriera cinematografica interpretando il ruolo di Steve in "The Tree of Life" di Terrence Malick. Il film ha vinto la Palma d'oro alla 64ª edizione del Festival di Cannes. Nel 2012 interpreta il ruolo di Ellis nel film di Jeff Nichols, "Mud". Nel 2013 è il co-protagonista con Nicolas Cage del film "Joe", diretto da David Gordon Green, dove interpreta il ruolo di Gary. Per questa interpretazione ha ricevuto il premio Marcello Mastroianni per il miglior attore emergente alla 70ª Mostra internazionale d'arte cinematografica di Venezia. Dal 2016 al 2019 interpreta Ciclope in "X-Men Apocalisse" e in "X-Men Dark Phoenix". Nel 2018 ha recitato in "Ready Player One" diretto da Steven Spielberg nel ruolo di Wade Watts/Parzival.