S tenisem začal Tomáš v pěti letech ve Valašském Meziříčí. V krátké době se vypracoval na špičku juniorského tenisu. Po vítězství na Mistrovství republiky mladších žáků se přesunul do Prostějova, kde měl více vhodných tréninkových partnerů a kvalitnější vedení. Podobně jako Ivan Lendl, stal se i Tomáš vítězem prestižního Mistrovství republiky staršího dorostu v Pardubicích.
Profesionálem je od roku 2002, kdy přeskočil více než 800 míst na žebříčku ATP a vyhrál dva turnaje na okruhu Futures.
V roce 2003 debutoval na US Open, kde se jako kvalifikant probojoval do druhého kola hlavní soutěže na svém vůbec prvním Grand Slamu. Ve stejném roce debutoval také v play off světové skupiny Davisova poháru proti Thajsku. Nejdříve společně s Jiřím Novákem zvítězili ve čtyřhře a následující den porazil v rozhodujícím zápase Thajce Udomchoka. V tomto roce se Tomáš o více než 200 míst na žebříčku ATP a získal dva tituly na okruhu Challengers.
Svůj první turnajový titul na okruhu ATP získal na turnaji v italském Palermu v roce 2004. Ve stejném roce také poprvé vkročil do první světové padesátky na žebříčku ATP. Při reprezentaci na Olympijských hrách v Aténách podlehl ve čtvrtfinále Američanu Dentovi. Předtím však vyřadil postupně němce Mayera, švýcarskou světovou jedničku Rogera Federera (Tomáš se stal posledním hráčem, který ho daný rok dokázal porazit) a španěla Robreda. O dva týdny později dosáhl čtvrtého kola na US Open.
V roce 2005 se probojoval do třetího kola na Wimbledonu a také přidal svůj první titul na okruhu ATP Master Series v Paříži. Zde dokázal porazit pět nasazených hráčů. To mu vyneslo postup na 25. místo žebříčku ATP. Na posledním z Grand Slamů (US Open) se rovněž probojoval do třetího kola. V této sezóně dokázal porazit tři hráče z nejlepší světové desítky (Španěla Nadala v Cincinnati a Coriu s Ljubicicem na okruhu Master Series v Paříži).
Rok 2006 zahájil Tomáš semifinálovou účastí v australském Adelaide. Pokračoval čtvrtým kolem na okruhu ATP Masters Series v Indian Wells a třetím kolem v Miami. Na US Open podlehl ve čtvrtém kole Jamesi Blakovi, na Roland Garros a Wimbledonu se propracoval do čtvrtého kola. Mezi Roland Garros a Wimbledonem se Tomáš dostal do finále turnaje v Halle. V srpnu na okruhu ATP Masters Series v kanadském Torontu vyřadil druhého nasazeného Nadala. Kromě toho pomohl Tomáš návratu České republiky do světové skupiny Davisova poháru dvěma vítězstvími proti Nizozemí. Na okruhu ATP Masters Series v Madridu dokázal vyřadit dva hráče světové desítky – Roddicka a Nadala. V říjnu roku 2006 se poprvé objevil v první světové desítce.
Profesionálem je od roku 2002, kdy přeskočil více než 800 míst na žebříčku ATP a vyhrál dva turnaje na okruhu Futures.
V roce 2003 debutoval na US Open, kde se jako kvalifikant probojoval do druhého kola hlavní soutěže na svém vůbec prvním Grand Slamu. Ve stejném roce debutoval také v play off světové skupiny Davisova poháru proti Thajsku. Nejdříve společně s Jiřím Novákem zvítězili ve čtyřhře a následující den porazil v rozhodujícím zápase Thajce Udomchoka. V tomto roce se Tomáš o více než 200 míst na žebříčku ATP a získal dva tituly na okruhu Challengers.
Svůj první turnajový titul na okruhu ATP získal na turnaji v italském Palermu v roce 2004. Ve stejném roce také poprvé vkročil do první světové padesátky na žebříčku ATP. Při reprezentaci na Olympijských hrách v Aténách podlehl ve čtvrtfinále Američanu Dentovi. Předtím však vyřadil postupně němce Mayera, švýcarskou světovou jedničku Rogera Federera (Tomáš se stal posledním hráčem, který ho daný rok dokázal porazit) a španěla Robreda. O dva týdny později dosáhl čtvrtého kola na US Open.
V roce 2005 se probojoval do třetího kola na Wimbledonu a také přidal svůj první titul na okruhu ATP Master Series v Paříži. Zde dokázal porazit pět nasazených hráčů. To mu vyneslo postup na 25. místo žebříčku ATP. Na posledním z Grand Slamů (US Open) se rovněž probojoval do třetího kola. V této sezóně dokázal porazit tři hráče z nejlepší světové desítky (Španěla Nadala v Cincinnati a Coriu s Ljubicicem na okruhu Master Series v Paříži).
Rok 2006 zahájil Tomáš semifinálovou účastí v australském Adelaide. Pokračoval čtvrtým kolem na okruhu ATP Masters Series v Indian Wells a třetím kolem v Miami. Na US Open podlehl ve čtvrtém kole Jamesi Blakovi, na Roland Garros a Wimbledonu se propracoval do čtvrtého kola. Mezi Roland Garros a Wimbledonem se Tomáš dostal do finále turnaje v Halle. V srpnu na okruhu ATP Masters Series v kanadském Torontu vyřadil druhého nasazeného Nadala. Kromě toho pomohl Tomáš návratu České republiky do světové skupiny Davisova poháru dvěma vítězstvími proti Nizozemí. Na okruhu ATP Masters Series v Madridu dokázal vyřadit dva hráče světové desítky – Roddicka a Nadala. V říjnu roku 2006 se poprvé objevil v první světové desítce.
V roce 2007 získal přední český hráč svůj třetí titul na okruhu ATP (první na trávě) v Halle a postoupil do svého prvního grandslamového čtvrtfinále na Wimbledonu. Dále se Tomáš probojoval do semifinále na okruhu ATP Masters Series v Monte Carlu a Mnichově, do čtvrtfinále na okruhu ATP Masters Series v Římě. Mimo jiné vyhrál tři ze čtyř zápasů na šampionátu "ATP World Team Championship" v Dusseldorfu a dovedl Českou republiku do finále. Tomáš zakončil sezónu semifinálovou ůčastí v Bangkoku a v Tokiu, čtvrtfinálovou v Basileji. Pomohl také České republice k výhře 3-2 v Davisově poháru nad Švýcarskem a tím se kvalifikovat do světové skupiny Davisova poháru pro rok 2008.
V další sezóně (2008) se Tomáš dostal do čtvrtého kola na Australian Open. V dubnu dosáhl čtvrtého kola na okruhu ATP Masters Series v Miami. Ve čtvrtfinále Davisova poháru proti Rusku si Tomáš vymkl pravý kotník a musel zápas s Davyděnkem v páté sadě vzdát. V červenci hrál finále v Bastadu a v září skončil v semifinále na turnaji v Bangkoku. Následně získal první asijský titul v Tokiu, kde porazil Roddicka v semifinále a Del Potra ve finále. V tomto roce Tomáš skončil v nejlepší světové dvacítce již potřetí.
V roce 2009 Tomáš dovedl Českou republiku do prvního finále Davisova poháru od roku 1980. Sezónu zahájil na Australian Open, kde se probojoval až do čtvrtého kola. V květnu získal pátý titul na okruhu ATP vítězstvím na turnaji v Mnichově. Na Wimbledonu skončil také ve čtvrtém kole. Mezi jeho nejlepší výsledky po zbytek sezóny patří čtvrtfinálové účasti na turnajích ve Washingtonu, Cincinnati, Kuala Lumpur a Tokiu.
Rok 2010 s sebou přinesl jednu z nejúspěšnějších sezón Tomášovy kariéry. Debutoval na Barclays ATP World Tour Finals. Jeho největší dosavadní úspěch byl dosažen ve Wimbledonu (finalista) a na Roland Garros (semifinalista). Mimo jiné dosáhnul šesti čtvrtfinálových účastí včetně turnajů v Indian Wells a Torontu. Dalším důležitým bodem této sezóny bylo finále na turnaji v Miami. Tomáš je také prvním Čechem, který si zahrál ve Wimbledonského finále, od roku 1978 (Ivan Lendl) a pomohl českému týmu dosáhnout semifinále Davisova poháru. Tuto sezónu ukončil na 6. místě světového žebříčku ATP ve dvouhře.
