В 2002 году Харди появился в независимой ленте «Точки над i», где его партнёром по съёмочной площадке стал Гаэль Гарсиа Берналь. Затем он переехал в Северную Африку, где снялся в картине «Симон: Английский легионер» (2002), рассказывающей историю Французского Иностранного легиона. В том же году он сыграл первую заметную роль в своей карьере, представ в образе Ромуланского претора Шинзона, клона капитана «Энтерпрайза» Жан-Люка Пикара (Патрик Стюарт), в фильме «Звёздный путь: Возмездие». Он вернулся в Англию, чтобы сняться в триллере «LD50: Летальная доза» (2003).
В 2003 году Харди был награждён театральной премией London Evening Standard Theatre Award за выдающийся дебют на сцене в спектаклях по пьесам Blood и In Arabia, We’d All Be Kings, поставленных театрами Royal Court Theatre и Hampstead Theatre. На следующий год он также был номинирован на Премию Лоренса Оливье за самый многообещающий дебют 2003 года за игру в спектакле In Arabia, We’d All Be Kings.
Харди появляется в 2005 году в сериале канала BBC «Королева-девственница», исполнив роль Роберта Ддли, друга детства Елизаветы I. Сериал изображает их отношения как платонические, хотя и весьма романтичные. Харди сыграл Джона Флеминга в телефильме A for Andromeda (2006), основанном на одноимённом научно-фантастическом сериале Фелла Ричарда 1960 годов.
В 2007 году он снимается в основанной на реальных событиях теледраме «Стюарт: Прошлая жизнь». Харди играет главного героя фильма, бездомного Стюарта Шортера, над которым много лет издевались, и чья смерть, возможно, была самоубийством. В сентябре 2008 года он появляется в гангстерской комедии Гая Ричи «Рок-н-рольщик», сыграв бандита нетрадиционной ориентации Красавчика Боба, одного из членов преступной группировки «Дикая шайка», возглавляемой персонажем Джерарда Батлера по имени Раз-Два, в которого без памяти и влюбляется Боб.
В начале 2009 года Харди снялся в фильме «Бронсон», рассказывающем о жизни заключённого Чарльза Бронсона, который большую часть своей взрослой жизни провёл в одиночной камере. Для фильма он набрал 19 килограммов мышечной массы[9].
В июне того же года Харди снялся в телесериале «Прикуп», сыграв гангстера Фредди, работающего с наркотиками и алкогольными напитками. Роль принесла ему номинацию на премию Crime Thriller Awards в категории «Лучший актёр» за 2009 год[10].
В августе 2009 года он появляется в экранизации романа Эмили Бронте «Грозовой перевал», исполнив роль Хитклиффа, классического символа любви, который влюбляется в подругу своего детства Кэтрин (Шарлотта Райли). В табоиде The Sun даже писали, что после окончания работы над фильмом они начали встречаться, ради чего он бросил женщину, с которой вместе жил два года, и маленького сына. Райли через интервью отрицала эти слухи[11].
В начале 2010 года в чикагском Goodman Theatre Харди сыграл в спектакле Филипа Сеймура Хоффмана The Long Red Road по пьесе Бретта Си Леонарда[12]. Харди получил хорошие отзывы критиков за исполнение роли алкоголика Сэма, пытающегося пропить своё прошлое[13][14].
Харди сыграл Имса, одного из главных персонажей в научно-фантастическом триллере Кристофера Нолана «Начало» (2010).
Харди предстал в образе сына Пэдди Конлона (Ник Нолти) в ленте о выдающемся мастере боевых искусств «Воин» (2011)[15]. Он является основным героем в фильме.
В 2012 году снялся в заключительной части трилогии Кристофера Нолана «Тёмный рыцарь: Возрождение легенды», сыграв суперзлодея Бейна.
В 2014 году вышли две картины с Томом Харди в главных ролях: «Лок» и «Общак». В декабре того же года Харди получил роль Рика Флага в фильме «Отряд самоубийц», но в начале 2015 года покинул проект[16].
В 2015 году вышли кинокартины «Номер 44», «Безумный Макс: Дорога ярости», «Легенда» и «Выживший» с участием Харди.
В начале 2017 года на экраны вышел драматический телесериал «Табу», выпущенный Hardy, Son & Baker совместно со Стивом Найтом, в котором Харди исполнил главную роль.
Актёр сыграл эпизодическую роль в восьмой части «Звёздных войн»[17].
В мае 2017 года было объявлено, что Харди сыграет роль Эдди Брока / Венома в фильме «Веном», основанном на комиксах издательства Marvel Comics[18][19]. Съёмки стартовали 23 октября 2017 года в Атланте и Нью-Йорке[20]. «Веном» вышел на экраны 5 октября 2018 года в Северной Америке[21], премьера в России состоялась 4 октября 2018 года[22].