Als Sohn eines Gewinners der Heisman Trophy und Patenkind eines Mitglieds der NFL Hall of Fame trat Thomas Mark Harmon zunächst in die Fußstapfen seines Vaters. Er wurde Quarterback an der University of California. Doch nach seinem Abschluss entschied er sich für den gleichen Weg wie seine Mutter. Harmon wurde Schauspieler. Er bekam eine Rolle als Arzt bei "Chefarzt Dr. Westphall" (1982-1988) und spielte einen der ersten HIV-Infizierten im Fernsehen. Über die Jahre hinweg glänzte er in vielen Serien und Filmen, vor allem als Leroy Jethro Gibbs in der Hitserie "Navy CIS" (seit 2003).