Thomas Dekker werd in het Noord-Hollandse dorpje Dirkshorn geboren. In de jeugd stond hij al bekend als het grote wielertalent en reed hij mee met de verschillende jeugdselecties. In 2004 werd hij bij het WK wielrennen voor beloften zowel bij de tijdrit als de wegwedstrijd tweede. Het jaar daarna werd hij professioneel  wielrenner en reed hij met de Rabobankploeg mee in de Giro d’ Italia. Als derde Nederlander ooit won hij in 2006 de Tireno – Adriatico. Door een virus moest hij dat jaar de Tour de France aan zich voorbij laten gaan. In 2007 won hij de Ronde van Romandië en ook een etappe in de Ronde van Zwitserland. Tijdens de Tour de France dat jaar maakte hij een ijzersterke indruk door voor Michael Rasmussen (die later uit de Tour werd gezet) het kopwerk te verrichten. Met een sterk voorjaar in 2008 maakte hij bij iedereen indruk. Bij de Ronde van Zwitserland bleek Thomas in een vormdip te zitten, dat hij ook niet werd geselecteerd voor de Tour de France. In juli dat jaar kwam door de UCI naar buiten dat er afwijkende bloedwaarden waren gevonden wat kon duiden op het gebruik van verboden middelen. Rabobank en Thomas Dekker gingen per direct uit elkaar maar al snel tekende hij een contract voor twee seizoenen bij Silence-Lotto. Ongeveer een jaar later werd door zijn ploeg naar buiten gebracht dat hij door herbeoordelingen uit 2007 positief had getest op het middel EPO. Door de UCI werd hij voor twee jaar geschorst. In 2011 keerde hij bij verschillende criteriums terug in het Nederland. Maar hij keerde sterker terug in een grote ronde toen hij in 2012 de Ronde van Spanje reed. In 2015 viel hij in Mexico het werelduurrecord aan. Hij kwam echter 242 meter te kort om het record te verbreken. Dit bleek zijn laatste klus als wielrenner want een maand later gaf hij aan om te stoppen. In 2016 was Thomas Dekker te zien tijdens Sportmonologen op De Parade en in De Kleine Komedie in Amsterdam.