Thomas a început să filmeze de la vârsta de 17 ani. A lucrat ca asistent de operator video și din 1935 până în 1939 a lucrat ca monteur. Apoi a luat parte la cel de-al doilea război mondial până în 1944 când a fost rănit în război, lăsat la vatră și s-a întors în lumea filmului după război. Inițial a produs reclame publicitare și apoi i s-a oferit posibilitatea de a regiza primul său film în 1949.
Thomas a devenit unul dintre cei mai de succes regizori britanici în anii 1950. Seria sa de filme Doctor a fost un succes la box-office din Marea Britanie și l-a făcut vedetă pe actorul Dirk Bogarde. Cu Bogarde a produs numeroase alte filme în afara seriei Doctor.
Fratele său Gerald Thomas a fost, de asemenea, un regizor de succes.