Thomas Wilhelm erhielt seine Ausbildung an der Palucca Schule Dresden. Als Tänzer war er u. a. an der Dresdner Semperoper, der Oper Leipzig, an der Staatsoper Hannover und an der Oper Göteborg engagiert. Seit 1995 ist er auch als Choreograf tätig. Er arbeitete in der Tanzcompagnie von Stephan Thoss, zunächst in Kiel, dann in Hannover. Seit 2006 ist er freischaffend und arbeitete u. a. in Hannover mit Lutz Hübner und Barbara Bürk. Im selben Jahr begann in Göteborg die Zusammenarbeit mit Christof Loy. Es folgten gemeinsame Produktionen u. a. bei den Salzburger Festspielen, am Königlichen Theater Kopenhagen, an der Deutschen Oper am Rhein, am Theater an der Wien, an der Bayerischen Staatsoper, Royal Opera House, Covent Garden, an der Nederlandse Opera in Amsterdam, beim Festival d’Aix-en-Provence, am Grand Théâtre de Genève und zuletzt an der Oper Frankfurt.