Thomas Schmitz erhielt seinen ersten Cellounterricht im Alter von neun Jahren. Schon vor dem Studium galt sein besonderes Interesse der Kammermusik, 1994 gründete er zusammen mit Annette Walther das Signum Quartett.
Sein Studium in der Klasse von Claus Kanngiesser an der Musikhochschule Köln wurde durch ein Jahr Unterricht in Amsterdam bei Dmitri Ferschtman und die Teilnahme an zahlreichen Meisterkursen ergänzt, u.a. bei Wolfgang Boettcher (Berlin), Carter Brey (New York) und Arto Noras (Helsinki). 1998 wurde er Stipendiat der Studienstiftung des deutschen Volkes.
Nach seiner Diplomprüfung in Köln wurde er in die Solistenklasse von Thomas Demenga an der Musikakademie in Basel aufgenommen, wo er 2004 mit Solistendiplom abschloss. Nach einer Spielzeit als Mitglied der Essener Philharmoniker verließ Thomas Schmitz das Orchester um sich ganz auf die Arbeit mit dem Signum Quartett zu konzentrieren.
2005 wurde er zu einem Lehrauftrag an die Hochschule für Musik Köln berufen.