Tonkin Sydney'de doğdu. Dört yaşındayken klasik bale, hip hop, çağdaş dans ve step dans kurslarına katıldı. Tonkin 12 yaşındayken Wharf Theatre'daki Australian Theatre for Young People'da (ATYP) kurslara başladı. Tonkin Loreto Kirribilli'ye katıldı ve daha sonra Queenwood Kız Okulu'ndan mezun oldu. 2005 yılının Aralık ayında Tonkin, denizkızına dönüşen üç genç kızın hayatlarını konu alan Avustralyalı çocuk televizyon dizisi H2O: Just Add Water'da Cleo Sertori rolünü üstlendi. Tonkin dizinin ön prodüksiyonu sırasında yüzme yeteneklerini geliştirdi. Dizinin prömiyeri 7 Temmuz 2006'da Network Ten'de yapıldı ve o tarihten bu yana dünya çapında 250 milyondan fazla izleyiciye ulaştı. Dizinin tanıtımı için kendisi ve rol arkadaşları Ekim 2007'de Nickelodeon UK Kids' Choice Awards'da en iyi grup ödülünü sundular. Tonkin 2008 yılında prestijli Avustralya Film Enstitüsü Ödüllerinde "Bir Televizyon Dizisinde En İyi Başrol Kadın Oyuncu" dalında aday gösterildi. Dizi üç sezon boyunca devam etti ve finali 16 Nisan 2010 tarihinde yayınlandı. Tonkin ayrıca diğer Avustralya televizyon dizileri Packed to the Rafters ve Home and Away'de de yer aldı. Eylül 2010'da Tonkin ilk filmini Avustralyalı aksiyon topluluğu filmi Tomorrow, When the War Began'da oynayarak yaptı. Kurgusal memleketleri Wirrawee'de işgalci bir yabancı güce karşı gerilla savaşı yürüten bir grup gencin etrafında dönen filmde zengin ve tutucu Fiona Maxwell rolünü oynadı. Aralık 2010'da Tonkin'in geri dönmesi beklenen bir devam filmi duyuruldu, ancak devam filminin prodüksiyonu hiçbir zaman gerçekleşmedi.2011 Ocak ayında Tonkin uluslararası oyunculuk kariyerine devam etmek için Los Angeles'a taşındı. Mart 2011'de The CW kanalının doğaüstü drama dizisi The Secret Circle'da Faye Chamberlain rolünü üstlendi ve dizinin prömiyeri 15 Eylül 2011'de 3,5 milyondan fazla izleyiciyle yapıldı. Dizi, gizli bir cadılar meclisinin parçası olan bir grup genç cadıyı konu alıyor. Tonkin performansıyla eleştirmenlerin beğenisini kazandı ve eleştirmenler onu dizinin çıkış yapan yıldızı olarak nitelendirdi; Variety'nin "izlenmesi gereken yeni yüzler" listesinde yer aldı ve E! Online tarafından 2011'in çıkış yapan TV yıldızlarından biri seçildi. Ancak The Secret Circle, 11 Mayıs 2012'de iptal edildiği için yalnızca bir tam sezon sürdü.2010 yılının Ağustos ayında Tonkin, 3D korku filmi Bait 3D'de rol aldı. Çekimleri Avustralya'nın Gold Coast bölgesinde gerçekleştirilen film, bir grup yabancının tsunami sonrası bir süpermarkette büyük beyaz köpekbalıklarıyla birlikte mahsur kalmasını konu alıyor. Filmin Eylül 2012'de Avustralya'da gösterime girmesi bekleniyordu. Ağustos 2012'de Tonkin, The CW televizyon dizisi The Vampire Diaries'in kadrosuna Tyler'ın arkadaşı Hayley'nin yinelenen rolüyle katıldı. Dizide Rebekah Mikaelson'ı canlandıran H2O: Just Add Water'daki rol arkadaşı Claire Holt'a katıldı.11 Ocak 2013'te The CW, The Originals adında The Vampire Diaries'in spin-off dizisi üzerinde çalışıldığını doğruladı. Dizi Orijinal Vampir ailesi üyeleri etrafında dönecek ve Tonkin dizinin muhtemel pilot bölümünde "yoğun bir şekilde yer alacak". The CW 13 Şubat'ta Claire Holt'un da The Originals'ın kadrosuna katılacağını doğrulayarak Tonkin ve Holt'un bir dizide üçüncü kez birlikte rol aldığını teyit etti. Tonkin, Vauxhall Motors'un da aralarında bulunduğu bir dizi reklamda yer aldı ve daha önce Chic Management ile sözleşme imzaladı. Modellik kariyeri Girlfriend, Teen Vogue, ELLE Australia, Miss Vogue Australia, Vogue Australia, Dolly ve Free People için yapılan çekimleri içermektedir. Tonkin ayrıca Miles Fisher'ın "Don't Let Go" adlı müzik videosunda yer aldı. Tonkin 2012 yılında arkadaşı Teresa Palmer ile birlikte YourZenLife adında sağlıkla ilgili bir web sitesi açtı.