Tendo crescido em Houston e no subúrbio ao norte de Spring, ele fez sua primeira aparição em uma peça da escola aos 6 anos de idade. Parsons então estudou teatro na Universidade de Houston. De lá, ele ganhou um lugar em um curso de mestrado de dois anos no teatro clássico da Universidade de San Diego / The Old Globe Theatre, formando-se em 2001.
Ele se mudou para Nova York, trabalhando em produções off-Broadway, aparecendo em comerciais de TV e em um episódio de Ed (2000) antes de conseguir um papel recorrente em Judging Amy (1999) em 2004.
Ele foi impulsionado para a fama internacional e aclamado três anos depois, quando ele estrelou como Sheldon na sitcom premiada, The Big Bang Theory (2007).
