Der Smallville-Star absolvierte die Highschool 1995. Trotz guter Noten hatte er nicht vor, das College zu besuchen und entschied sich als Bauarbeiter sein Glück zu versuchen und weiter bei seinen Eltern zu wohnen. Mit 21 Jahren wurde er dann von einem Modelscout entdeckt. Er modelte unter anderem zusammen mit Ashton Kutcher und ist bis heute mit ihm befreundet.
Der Vater des Stars ist ein leitender Angestellter von General Motors und seine Mutter eine Hausfrau. Er hat vier Geschwister. Sein jüngerer Bruder Mark Welling versucht sich ebenfalls als Schauspieler. Die Familie zieht in den frühen Jahren des Schauspielers umgezogen und er wächst in Wisconsin, Delaware und Michigan auf. Bereits in der Highschool beginnt er in Schultheaterstücken mitzuwirken, doch seine Leidenschaft gilt dem Sport, insbesondere Baseball, Fußball und Basketball.
Nach seinem Abschluss im Jahr 1995 wird Tom Welling von einem Katalogmodelscout entdeckt und modelte zunächst zwei Jahre lang. Anschließend zog er nach Los Angeles und wechselte zum Schauspiel. Sein Debüt gibt er als Gaststar in der erfolgreichen CBS-Serie Judging Amy (2001), in der er den Karatelehrer Rob Meltzer a.k.a. Karate Rob und den jungen Geliebten des Titelcharakters (Amy Brenneman) mimt. Zunächst sollte Welling in nur drei Episoden mitwirken, doch er kam bei den Zuschauern gut an und so wurde sein Engagement um weitere drei verlängert. Im selben Jahr übernimmt er eine kleine Rolle in der UPN-Serie Special Unit 2 und im Piloten zu der FOX-Sitcom Undeclared (Undeclared).
Kurz darauf der Wendepunkt in Tom Wellings junger Karriere, als er die Hauptrolle in The WBs erfolgreichen Superman-Serie Smallville ergattert. Zehn Jahre lang spielt er Clark Kent und avanciert zu einem der beliebtesten Teenie-Idole mit neun Nominierungen in Folge bei den Teen Choice Awards - zwei der Auszeichnungen kann er mit nach Hause nehmen. Im Jahr 2006 entdeckt Welling den Regiestuhl für sich und betätigt sich als Regisseur einiger Smallville-Episoden. Ab der neunten Staffel betätigt sich der Schauspieler ebenfalls als Executive Producer. 2010 wird er außerdem ausführender Produzent der The CW-Serie Hellcats.
Seine erste Rolle auf der großen Leinwand zieht Tom Welling als einer der vielen Kinder von Steve Martin und Bonnie Hunt in der Familienkomödie „Im Dutzend billiger“ (2003) an Land. Zwei Jahre später ist er ebenfalls in dem Sequel „Im Dutzend billiger 2 - Zwei Väter drehen durch“ (2005) zu sehen. In dem Thriller „The Fog - Nebel des Grauens“ (2005) übernahm er die Hauptrolle.
2017 übernimmt er eine Hauptrolle in der dritten Staffel der Serie Lucifer.
Tom Welling ist seit 2002 mit seiner besten Freundin Jamie White verheiratet.