Sprouse wurde als Kind der US-amerikanischen Einwanderer Matthew Sprouse und Melanie Wright geboren, die an einer englischsprachigen Schule in der Toskana unterrichteten. Er wurde 15 Minuten nach seinem älteren Zwillingsbruder Dylan Sprouse geboren. Einen Großteil seiner Kindheit verbrachte er in Long Beach, Kalifornien.[4]
Sprouse und sein Bruder, Dylan, starteten in einem Alter von acht Monaten mit ihrer Schauspielkarriere, auf Rat ihrer Großmutter Jonine Booth Wright,[1] welche selbst Schauspielerin und Lehrerin war. Viel von seiner frühen Karriere teilte Sprouse mit seinem Bruder – die meisten ihrer ersten Rollen teilten sie sich in Fernsehsendungen, Filmen und Werbesendungen. Ihren ersten Auftritt vor der Kamera hatten sie in einem Werbespot für Toilettenpapier. Einige nennenswerten Rollen, welche er sich mit seinem Bruder teilte, waren die Charaktere Patrick Kelly in der SitcomGrace (1993–1998), Julian im Film Big Daddy (1999) und dem jungen Pistachio Disguisey in Meister der Verwandlung (2002). Im Jahr 2001 begann Sprouse in einigen Episoden von der NBC-Sitcom Friends aufzutreten, als Ross Gellers Sohn Ben – jene Rolle war die erste Rolle, welche er sich nicht mit seinem Bruder teilte. Als sein Bruder und er älter wurden, begannen sie häufiger separate Rollen zu übernehmen, arbeiteten jedoch immer häufig gemeinsam an denselben Projekten. In der Disney-Channel Serie Hotel Zack & Cody (2005), spielte Sprouse die Rolle des Cody Martin, neben seinem Bruder. In der Spin-Off-Serie Zack & Cody an Bord (2008) schlüpfte er erneut in die Rolle des Cody Martin.[1]
Am 9. Februar 2016 wurde Sprouse als Jughead Jones, für die The-CW-Serie Riverdale, gecastet.[5] Die Serie basiert auf den Charakteren der Archie Comics. Die erste Folge der Serie wurde am 26. Januar 2017 auf dem US-amerikanischen Sender The CW ausgestrahlt. Im Mai 2022 wurde bekanntgegeben, dass die Serie nach der 7. Staffel enden werde. Der Start der finalen Folgen war am 30. März 2023.[6]
Im Jahr 2019 erlangte er eine der Hauptrollen im Film Drei Schritte zu Dir, ein romantisches Drama, welches im Juni 2019 in die deutschen Kinos kam. In diesem Film spielte er die Rolle eines Mukoviszidose-Patienten, welcher sich in ein Mädchen (Haley Lu Richardson) mit derselben Krankheit verliebt.[7] Es war seine zweite große Hauptrolle in einem Kinofilm, 20 Jahre später nach seinem ersten Kinofilm, Big Daddy.
Im Jahr 2011 begann Sprouse die New York University zu besuchen, nachdem er dies um ein Jahr aufgeschoben hatte. Ursprünglich war er daran interessiert Film- und Fernsehproduktion zu studieren, entschied sich dann jedoch um und studierte Archäologie. Zusammen mit seinem Bruder machte er dort im Jahr 2015 seinen Abschluss.[10] Anschließend arbeitete Sprouse kurzzeitig in der Archäologie. Während seines Studiums nahm er an Ausgrabungen in Europa und Asien teil. Während dieser Zeit grub er bei einer Ausgrabung in Bulgarien eine Maske des Dionysos aus.[11]
Cole wird im Deutschen wie sein Zwillingsbruder bisher überwiegend von Robert Schmalz gesprochen, in Plötzlich Star – Eine moderne Mark Twain-Geschichte von Tobias John von Freyend. In der Serie Friends wurde er 2000 bis 2002 als Ben Geller von Lukas Stegmaier synchronisiert.