L’attore è conosciuto dal grande pubblico per essere il protagonista, al fianco di Tim DeKay, della serie televisiva White Collar, dove interpreta Neal Caffrey, affascinante ladro, esperto in truffe, che collabora come consulente per l’FBI.
Bomer, dopo aver recitato nelle soap opera La valle dei pini e Sentieri, arriva alla notorietà nel 2003 grazie alla serie tv Tru Calling dove interpreta Luc Johnston. Recita, poi, in Flightplan – Mistero in volo con Jodie Foster. Nel 2006 ottiene una parte di rilievo nell’horror Non aprite quella porta: L’inizio, prequel di Non aprite quella porta del 1974. Dopo l’esperienza cinematografica, Bomer torna alla televisione e diviene uno dei protagonisti della serie televisiva Traveler e successivamente prende parte ad alcuni episodi della serie Chuck interpretando il personaggio dell’agente Bryce Larkin, prima di approdare, nel 2009, alla serie tv White Collar. Nel 2012 è apparso nell’episodio “Il fratellone” di Glee
La sua carriera d’attore sul grande schermo continua di pari passo. Appare nello sci-fi thriller In time (2011)di Andrew Niccol e nel grande successo di Steven Soderbergh Magic Mike (2012) dove interpreta il bellissimo stripper Ken. Quest’anno è stato protagonista di un altro sci-fi uscito a marzo nelle sale americane: Space Station 76 accanto a Liv Tyler e Patrick Wilson.
Sempre nel 2014 è protagonista del film per la tv The Normal Heart diretto da Ryan Murphy, con Julia Roberts e Mark Ruffalo. In occasione dei Critics’ Choice Awards 2014, proprio grazie a questo ruolo, ha ricevuto la statuetta come Miglior Attore non Protagonista. Basato sull’omonima opera teatrale del 1985 diLarry Kramer, il film è ambientato a New York negli anni ’80, durante la prima grande diffusione dell’AIDS, e racconta le vicende di alcune persone che hanno contratto la malattia.