Highmore nasceu em uma família famosa. Sua mãe, Sue Latimer, é uma agente de talentos, cujos clientes incluem Daniel Radcliffe, e seu pai, Edward Highmore, é um ator. Highmore vive em Highgate, ao lado dos pais e do irmão Albert, nascido em 1995, um subúrbio ao norte de Londres, e estuda na escola pública local, Highgate School.

Highmore começou sua carreira com pequenos papéis na televisão, aos sete anos de idade. Em 2004, ele teve uma perfomance aclamada pela crítica como Peter Llewelyn Davies no filme Finding Neverland, recebendo então várias indicações aos mais diversos prêmios, incluindo o SAG Awards. No ano seguinte, o ator participou ao lado de Johnny Depp no remake de Charlie and the Chocolate Factory, baseado no livro homônimo de Roald Dahl.

Em seguida, Freddie foi estrela de August Rush, ao lado de veteranos como Jonathan Rhys-Meyers, Keri Russell e Robin Williams. Segundo um episódio de Hollywood One on One, a mãe do garoto não quis que ele participasse da produção de início, pois as filmagens de Charlie and the Chocolate Factory haviam sido cansativas e longas, mas assim que o garoto leu o roteiro, aceitou o papel de Evan Taylor. Já em 2008, ele estrelou em outra adaptação de um livro infantil, The Spiderwick Chronicles, lançado nos Estados Unidos no primeiro bimestre de 2008. Em 2009, foi indicado na categoria Melhor Ator no Young Artist Awards pela sua atuação em "The Spiderwick Chronicles". Mais recentemente, Freddie foi confirmado no filme baseado em Astro Boy, interpretando o papel-título