Tremblay se narodil ve Vancouveru, v Britské Kolumbii 5. října, 2006. Byl vychován v blízkém městě, Langley. Chodil na Gordon Greenwood Elementary na základní školu. Jeho otec, Jason Tremblay, je policejní detektiv a jeho matka, Christina Candia Tremblay, je hospodyňkou. Tremblayova starší sestra Emma a mladší sestra Erica, pracují taktéž jako filmoví herci.
Tremblay ztvárnil Jacka Newsoma v uznávaném a oceňovaném filmu Room, kde je spolu-hvězdou s Brie Larson. Snímek, režírován Lenny Abrahamsonem, měl premiéru 4. září 2015 na Filmovém festivalu Telluride a šel do kin v říjnu 2015 přes A24 Films. Za svůj výkon byl nominován na SAG Award v kategorii Vynikající mužský výkon ve vedlejší roli, čímž se stal druhým nejmladším umělcem nominovaným na tuto cenu.