Enfant de la balle né en 1964 à Juvisy-sur-Orge dans l'Essonne, Thomas Vincent est le fils du metteur en scène de théâtre Jean-Pierre Vincent et de la comédienne Hélène Vincent.

Il apparaît tout gosse dans RUDE JOURNÉE POUR LA REINE de René Allio (1973), dans la série « Au plaisir de Dieu » de Robert Mazoyer (1977), puis, devenu grand, dans plusieurs courts métrages, dont L'APRÈS-MIDI D'UN GOLEM de Dante Desarthe (1988), et dans CHEROKEE de Chick Ortega (1991).

Photographe de plateau, assistant réalisateur sur VALMONT de Milos Forman (1989), directeur de casting sur FAST de Dante Desarthe (1995), il passe à la réalisation avec les courts métrages LADY BAG (1992) et LES MICKEYS (1994), porté par Yvon Back, Clovis Cornillac et Samir Guesmi.

Il signe ensuite son premier long, le remarqué KARNAVAL (1999), chronique à la violence sourde pendant le carnaval de Dunkerque, qui révèle Sylvie Testud et annonce le second souffle de Cornillac au cinéma.

Le jeune réalisateur filme également les téléfilms « Divorce sans merci » (1997) et « Le S.A.C. : Des hommes de l'ombre » (2005), et se distingue à nouveau par son sens de la tension dramatique et des personnages pris au piège, avec l'adaptation de Donald A. Westlake, JE SUIS UN ASSASSIN (2004), magnifié par le quatuor François Cluzet, Karin Viard, Bernard Giraudeau et Anne Brochet, puis par le thriller manipulatoire LE NOUVEAU PROTOCOLE (2008, à gauche sur la photo du tournage) avec Cornillac et Marie-Josée Croze.