作为一名洛杉矶本地人，蒂尔森·托马斯在南加利福尼亚大学开始其正式的音乐学习，曾跟随约翰·克劳恩学习钢琴，跟随英戈尔夫·达尔学习指挥和作曲。19岁时，他被任命为青年乐手基金会首演乐团的音乐总监。在斯特拉文斯基、布列兹、斯托克豪森和科普兰等人作品在洛杉矶著名的星期一晚间音乐会上首演时，托马斯曾与这些大师们共事过。期间，他还兼任格里高利·皮亚蒂戈尔斯基和亚莎·海菲兹的钢琴演奏者和指挥。
  1969年，时年24岁的托马斯在坦格坞音乐节上赢得库塞威斯基奖，随后被任命为波士顿交响乐团的助理指挥。10天之后，托马斯在林肯中心音乐会上替音乐总监威廉·斯坦伯格上场，完成了携手波士顿交响乐团后的纽约首演，并赢得了国际认可。之后，他被任命为波士顿交响乐团的首席客座指挥，并担任此职位一直到1974年。1971年至1977年间，他在纽约爱乐乐团“青年音乐会”电视直播中担任指挥。托马斯还在奥哈伊音乐节上任首席指挥和艺术总监，在布法罗爱乐乐团担任音乐总监以及洛杉矶爱乐乐团的首席客座指挥。他曾与伦敦交响乐团进行过世界巡演，期间他于1988年成为伦敦交响乐团的首席指挥，现今任首席客座指挥。1990年至2000年，他曾任太平洋音乐节的联合艺术总监，该艺术节是他与伯恩斯坦共同在日本札幌创立的。此外，托马斯还曾频繁出任欧洲和美国主力乐团的客座指挥一职。
  托马斯因其对音乐教育和青年的贡献而闻名。1987年，他在迈阿密建立了新世界交响乐团，这是一个全国性的培训乐队，为美国音乐学校最具天赋的毕业生提供舞台，在此他继续担任艺术总监。2011年，由弗兰克·盖里设计的音乐厅“新世界中心”在迈阿密海滩落成，新世界中心被认为是一个集教学、演出和体验为一体的音乐教育实验室。作为YouTube交响乐团的艺术总监，托马斯不仅领导着这个由来自世界各地的演奏者组成的乐团于2009年在卡内基音乐厅首演，而且带领了这个新乐团于2011年登上了悉尼歌剧院舞台。这场演出成为最受欢迎的YouTube现场音乐会，点击量高达3300万人次。
  托马斯与旧金山交响乐团在全美播放的PBS电视纪录片和多媒体项目《透析古典》具有里程碑式的意义，在美国乐团中也是前所未有的。为使各年龄层、各种音乐背景的人都能轻松欣赏古典音乐，《透析古典》由八个作曲家纪录片和八个现场音乐会电影组成，通过全美PBS电视频道、以及蓝光和DVD光盘观看的观众多达600万人次；他们还创建了一个同名互动网站来用来探索和学习音乐；同时，托马斯还主持了一档全国广播节目。另外，《透析古典》还为从幼儿园到12年级的学校设计了教育计划，通过将古典音乐融入核心科目中，进一步推进艺术的教育。《透析古典》中的作曲家包括柴科夫斯基、贝多芬、斯特拉文斯基、科普兰、艾维斯、柏辽兹、肖斯塔科维奇以及马勒。
  作为一名公认的作曲家，托马斯与旧金山交响乐团一起首演了大量由他本人创作的作品。1999年，他指挥旧金山交响乐团首演交响乐版的《沃尔特·惠特曼的三首诗；2001年蕾妮·弗莱明和旧金山交响乐团首次公演他的声乐套曲《艾米莉·狄金森的诗》。2002年，他与乐团首演了低音管协奏曲《都市传奇》，乐团低音管演奏家史蒂文·布劳斯坦担任独奏；2005年，他与旧金山交响乐团首演了《岛屿音乐》，题献给卢·哈里森。1991年，他与新世界交响乐团演奏了受联合国儿童基金会委托创作的《来自安妮·法兰克的日记》。为纪念广岛原子弹爆炸五十周年，托马斯还创作《昭和》。
  托马斯曾屡获殊荣，其中包括2010年由奥巴马总统颁发的国家艺术奖章，这是美国政府给予艺术家的最高荣誉奖。他曾因其对美国音乐的贡献而荣获哥伦比亚大学迪特森指挥奖及美国国家录音与科学学会的总统大奖。他获得了1995年《美国音乐》的年度指挥奖。2003年至2005年，他曾担任卡内基音乐厅的艺术家观察员。2006年，他被评选为《留声机》年度艺术家，2015年，入选杂志《名人堂》。2006年，他入选美国人文与科学院。此外，他还曾获颁法国艺术暨文学骑士勋章。

  他以其多才多艺、深刻娴熟的音乐技艺赢得世界顶尖级指挥和乐团的高度敬重。他诗意浓郁的演绎和音色辉煌的丰富音乐语言表达被人称为“蒂博戴风格”，他的风格有助于他在演出和录音两方面的国际演艺生涯稳步向前。身为受尊敬的协作者，当今许多卓越的歌唱家寻求与他合作，在许多国际音乐节上他也是一位受欢迎的人物。目前，他与蕾妮·弗莱明、茜琪利亚·巴托利、安杰里卡·克尔希施拉格、尤里·巴什梅特和罗塞蒂弦乐四重奏这样的天才艺术家们合作演出和录音。

  每年夏天，大约120名16-19岁来自美国各地最年轻有为的音乐家，聚集在卡内基音乐厅的威尔音乐学院，他们组成了美国国家青年交响乐团。他们将参加在纽约州立大学颇切斯音乐学院进行的全面视听选拔，并接受为期两周的驻团训练。教师成员由全美顶尖乐团的首席演奏家组成。这些优秀的年轻人将作为音乐大使，前往世界最著名的音乐重镇巡演。该项目自2013年夏天成立以来广获好评，首届音乐会由著名指挥瓦莱里·捷杰耶夫执棒，著名小提琴家约夏·贝尔加盟，在华盛顿、莫斯科和圣彼得堡以及伦敦的逍遥音乐节演出。《纽约时报》评论：“演出活力四射，信心满满”。2014年乐团携手美国指挥大卫·罗伯森和小提琴家吉尔·沙汉姆首次亮相卡内基音乐厅。之后，乐团踏上美国海岸巡演之旅，从马萨诸塞州的坦格尔伍德到北卡罗来纳州的布恩，途径伊利诺伊州的芝加哥、怀俄明州的杰克逊霍尔、加利福尼亚州的索诺玛县，最后到达洛杉矶，在迪士尼音乐厅演出。《洛杉矶时报》称赞这支乐团：“不仅情绪饱满富有个性，而且演奏精湛，以优雅取胜。”