Своєю грою за останню команду привернув увагу представників тренерського штабу англійського «Сандерленда», до складу якого приєднався 1998 року і в першому ж сезоні будучи основним воротарем допоміг команді виграти Перший дивізіон і вийти до Прем'єр-ліги. Після того, як навесні 2003 року «Сандерленд» вилетів з Англійської Прем'єр-ліги, на данського кіпера претендував «Арсенал», але в підсумку Соренсен дістався бірмінгемській«Астон Віллі», яка купила Томаса за $3,6 млн. Всьог за клуб з Сандерленда данець провів п'ять сезонів своєї ігрової кар'єри і був основним голкіпером команди.
В «Астон Віллі» Соренсен відразу ж виграв конкуренцію у Стюарта Тейлора і Стефана Постма. За перші три сезони, він пропустив лише чотири гри. Перед початком сезону сезону 2006/07 Соренсен отримав травму, через це команді довелося взяти в оренду у «Ліверпуля» молодого воротаря Скотта Карсона, який і витіснив данця з основи. Після цього Соренсену довелося стати другим воротарем команди і він почав шукати собі новий клуб.
Томас був основним голкіпером команди, майже весь сезон 2009/10, але в останніх матчах поступився місцем більш молодому Асмиру Беговичу. Після старту сезону 2010/11 Соренсен остаточно втратив місце в основі «Сток Сіті», він виходив на поле, тільки в кубкових матчах. У сезоні 2011/12 Соренсен, також крім кубків грав і в Лізі Європи. У грудні 2011 року Томас продовжив контракт з клубом до 2014 року.
26 грудня2013 року Соренсен зіграв свою першу гру Прем'єр-лізі вперше за понад 20 місяців в матчі проти «Ньюкасл Юнайтед» після того як Бегович отримав травму. Однак, незважаючи відбите пенальті від Лоїка Ремі, Сток поступився 1:5[3]. Після цього данець зіграв і наступні два матчі, перш ніж він сам отримав травму в грі проти «Евертона» і у ворта став третій голкіпер Джек Батленд. Після повернення Беговича Батленд був відданий в оренду в «Лідс Юнайтед» і Соренсен знову став резервним голкіпером у решті сезону 2013/14, після чого йому запропонували продовжити контракт ще на один рік[4], який і був підписаний у травні 2014 року[5]. В грудні 2014 року Соренсен заявив, що він покине Сток в кінці сезону 2014/15[6], в якому так і не провів за команду жодного матчу. В цілому Томас провів сім сезонів за «гончарів», зігравши у 129 матчах в усіх турнірах.
31 серпня2015 року Соренсен підписав дворічний контракт з австралійським клубом «Мельбурн Сіті»[7][8]. Дебютував у А-Лізі 10 жовтня в першому матчі нового сезону проти «Сіднея» (1:1)[9]. Відтоді встиг відіграти за команду з Мельбурна 12 матчів в національному чемпіонаті.
У 1999 році дебютував в офіційних матчах у складі національної збірної Данії. Наприкінці 2011 року провів свій сотий матч у формі головної команди країни.
У серпні 2012 року Томас оголосив про рішення припинити виступи за збірну[11]. Всього провів у формі головної команди країни 101 матч, пропустивши 102 голи.