Hijo del actor irlandés Brendan Gleeson, Domhnall Gleeson nació, como su padre, en Dublín. Desde crío siempre soñó con seguir la senda marcada por su ilustre progenitor, y con esa idea estudió Bellas Artes en el Dublin Institute of Technology. Debuta en el cine en 2005, en la comedia adolescente Boy Eats Girl, y un año después recita al lado de su padre y a las órdenes de Paul Mercier en Studs. A esas alturas ya no alberga dudas acerca de su vocación, y tras defender papeles de reparto en películas tan variopintas como La recompensa o Nunca me abandones, da un paso más en su carrera fichando por la franquicia Harry Potter para las dos últimas entregas, encarnando a Bill Weasley. Es su definitiva rampa de lanzamiento dirección Hollywood. En 2012 logra una candidatura a los Empire Awards como mejor actor revelación por Ana Karenina, y otra a los British Independent Awards como mejor secundario por Shadow Dancer. A su pequeño papel en Dredd seguiría el protagonista de Una cuestión de tiempo y, a partir de ahí, el éxito con Frank, Calvary, Invencible, Brooklyn, Ex machina, Barry Seal: El traficante, Madre!, Peter Rabbit y los taquillazos planetarios Star Wars: El despertar de la fuerza, El renacido y Star Wars: Los últimos jedi.