Thomas Vincent est né en 1964 à Juvisy-sur-Orge. Il est le fils de l'actrice Hélène Vincent et du réalisateur de théâtre Jean-Pierre Vincent.
Il débute sa carrière de réalisateur au cinéma en 1992 en signant les courts-métrages Lady Bag, puis Les Mickeys 2 ans après.
En 1997, il réalise Karnaval, qui est en compétition officielle Berlin 1999 pour le Prix Alfred Bauer.
En 2003, il tourne Je suis un assassin puis 3 ans après Le nouveau protocole avec Clovis Cornillac.
Coté télévision, c'est lui qui a réalisé en 1997 Divorce sans merci. En 2005 il signe Le S.A.C., des hommes dans l'ombre.