Дебютировала на большом экране в 2005 году, сыграв Джорджиану Дарси в «Гордости и предубеждении». Одной из самых заметных её работ стала роль Кэтрин Говард в третьем сезоне телесериала «Тюдоры». Её партнёр, Джонатан Рис-Майерс, исполняющий роль короля Генриха VIII, сообщил, что в финальном сезоне героиня Тэмзин выйдет на первый план.
В августе 2009 года было объявлено, что актриса сыграет роль Дейенерис Таргариен в телесериале «Игра престолов» по мотивам фэнтези-цикла Джорджа Р. Р. Мартина «Песнь Льда и Пламени», но спустя некоторое время представители телеканала HBO подтвердили информацию о том, что Тэмзин Мерчант покинула проект.
В конце марта 2010 стало известно, что Мерчант появится во второстепенной роли в новой экранизации романа Шарлотты Бронте «Джейн Эйр». Фильм вышел в прокат в марте 2011 года. В этом же году планируются к выходу ещё две картины с её участием: «Нержавеющая сталь» и «Красная фракция: Происхождение».