Tomsula toimi vuoden 2010 viimeisen ottelun ajan 49ersin väliaikaisena päävalmentajana, edellisen valmentajan Mike Singletaryn saatua potkut. Vakituisena päävalmentajana hän aloitti Jim Harbaugh'n erottua kauden 2014 jälkeen. Vuosina 2007–2014 Tomsula toimi 49ersin puolustuksen linjan valmentajana.
Vuonna 2006 Tomsula toimi kauden ajan sittemmin kuopatun NFL EuropanRhein Firen päävalmentajana.