Thomas Sommer studierte Biologie an der Freien Universität Berlin. Er promovierte im Jahr 1988 zum Dr. rer. nat am Max-Planck-Institut für Molekulare Genetik und an der Freien Universität Berlin. Zwischen 1989 und 1993 forschte er als Postdoktorand am Friedrich-Miescher-Institut der Max-Planck-Gesellschaft in Tübingen. Seit 1993 leitet Professor Sommer am Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin eine Forschungsgruppe, die sich mit den Mechanismen der Proteinqualitätskontrolle beschäftigt. Er ist seit 2006 Inhaber einer Honorarprofessur an der Charité und seit 2009 eines Lehrstuhls für Zelluläre Biochemie an der Humboldt-Universität zu Berlin. 2003 wurde er zum Mitglied der European Molecular Biology Organization (EMBO) gewählt, 2012 für seine wissenschaftliche Leistung mit dem Wissenschaftspreis der Deutschen Technion-Gesellschaft gekürt.
Professor Sommer war von 2008 bis 2013 Mitglied des Senats- und Bewilligungsausschusses für Sonderforschungsbereiche der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG), von 2006 bis 2008 war er bereits Mitglied des Ausschusses für Graduiertenkollegs gewesen. Seit 2014 ist er Mitglied des wissenschaftlichen Beirats des Zentrums für Medizinische Biotechnologie der Universität Duisburg-Essen.