Thomas Bangalter a rencontré au Lycée Carnot, à Paris, Guy-Manuel de Homem-Christo en 1987. Ensemble, ils formeront le groupe de rock Darlin' en 1992, puis Daft Punk en 1993.
En 2002, il signe la bande originale du film Irréversible de Gaspard Noé, avec
Vincent Cassel et
Monica Bellucci. La même année, il co-signe le scénario de Interstella 5555, un animé basé sur l'album Discovery.
En 2009, il collabore à nouveau avec Gaspar Noé pour la bande sonore de Enter The Void.
Thomas Bangalter a fondé en 1995 son propre label, Roulé, sur lequel il produit ses propres productions et d'autres groupes. Il a eu deux fils, Tarrajey et Roxan, avec sa femme l'actrice française Élodie Bouchez.
Artiste aussi prolifique que discret (il refuse de se montrer à visage découvert, règle qu'il s'est imposée au sein des Daft Punk, cependant Thomas Bangalter est déjà apparu sans casque, notamment lors de la soirée Alors les filles on fête Noël en décembre 2006 ou lors de la soirée Busy P. du label Ed Banger Records à Los Angeles en avril 2009). Il est un des initiateurs de la French Touch, grâce à ses nombreuses collaborations (la plus marquante étant sans doute Stardust).
On lui doit, entre autres, le tube Gym Tonic en 1998 avec Bob Sinclar, disponible sur l'album Paradise. Non seulement Bob Sinclar a utilisé ce tube réalisé par Bangalter en version maxi sans son consentement, mais Bob Sinclar s'est même approprié la paternité du morceau, ne créditant sur l'album Thomas Bangalter que de "remixer". Pour couronner le tout, les avocats de Jane Fonda sont allés en justice car sa voix avait été samplée (échantillonnée) sans son accord.
Thomas Bangalter est un artiste aux goûts musicaux larges, ce qui lui a en partie permis d'étendre sa célébrité à l'international. On retrouve notamment son nom sur l'album "The Big Bang" de la super star du rap
Busta Rhymes, dans lequel il collabore au morceau "Touch It".