Томас был самым младшим ребёнком в семье, где было четверо детей. Его актёрская карьера началась очень рано и уже в девять лет он выступал в детском театре.
С 1994 по 1998 год снимался в роли доктора Денни Нейланда в медицинском драматическом телесериале «Надежда Чикаго» .
С 1997 по 2002 год играл Грега Монтгомери в ситкоме «Дарма и Грег» , за эту роль он номинировался на премии «Золотой глобус» и «Спутник» .
С 2005 года снимается в телесериале «Мыслить как преступник» в роли агента ФБР Аарона Хотчнера — руководителя отдела поведенческого анализа.По опросу журнала «Entertainment Weekly» в 2010 году Томас Гибсон был назван читателями «самым недооценённым актёром года» .Томас Гибсон был режиссёром двух серий ситкома «Дарма и Грег» , а также девяти эпизодов «Мыслить как преступник» .