Après des études de sciences politiques et un passage par la production documentaire, Thomas Cailley intègre La Fémis, département scénario. Son premier long–métrage, ”Les Combattants”, co-écrit avec Claude Le Pape, est primé à la Quinzaine des Réalisateurs (Cannes 2014), et reçoit le Prix Louis-Delluc du premier long–métrage. Succès public et critique, le film est nominé aux César dans neuf catégories et obtient trois récompenses : meilleure actrice pour Adèle Haenel, meilleur espoir masculin pour Kévin Azaïs et meilleur premier film. Ecrite et réalisée pour Arte, sa première série, ”Ad Vitam” (6×52 minutes) est sélectionnée au Festival de Toronto en 2018. Elle reçoit aussi le prix de la meilleure série française (SérieMania 2018) de la meilleure réalisation et de la meilleure actrice pour Garance Marillier (ACS 2019).