Seinen Durchbruch hatte Shameless-Star Justin Chatwin mit seiner „Krieg der Welten“-Rolle als Sohn von Tom Cruises Figur. Vielleicht hat er sich von dem Hollywood-Star auch in anderer Hinsicht inspirieren lassen, immerhin lässt er sich in Interviews dahingehend zitieren, dass er Scientology völlig offen gegenüber getreten ist und an viele Aspekte der Scientology-Logik glaubt.
Als Sohn einer Dokumentarfilmerin und eines Ingenieurs wird er 1982 in der kanadischen Stadt Nanaimo geboren. Er hat zwei Schwestern namens Brianna und Claire. Später studiert er Handel an der University of British Columbia. Eine Schauspielschule besucht er nicht.
Trotzdem schafft er es ab 2001 immer wieder kleine Gastrollen in Serien zu ergattern, darunter Smallville, X-Faktor - Das Unfassbare und Taken.
2005 erlebt er seinen Durchbruch mit der Rolle des Robbie Ferrier in dem Film „Krieg der Welten“. Es folgt ein Kurzauftritt in der Serie Lost und eine Hauptrolle in dem Thriller „Unsichtbar - Zwischen den Welten“.
Er ist in zwei Episoden der Serie Weeds zu sehen und zieht 2014 die Hauptrolle in dem Musicaldrama „Bang Bang Baby“ an Land.
2011 übernimmt er die Figur Jimmy in der US-Adaption der gleichnamigen britischen Serie Shameless und bleibt bis 2015 bei der Erfolgsserie.
2016 ist er als Hauptdarsteller in der kurzlebigen Mysteryserie American Gothic dabei. Anschließend besucht er Doctor Who und ist 2019 in seiner nächsten Serienhauptrolle in Another Life zu sehen.