Томас Миддлдитч родился 10 марта 1982 года в городе Нельсон, что находится в провинции Британская Колумбия, Канада.

Учился Томас в Университете Виктории, а также посещал школу исполнительского мастерства колледжа Джоржа Брауна в Торонто, однако не окончил ее.

В 2003 году, не сумев присоединиться к скетч-театру Second City в Торонто, Миддлдитч отправился в США, где стал участником чикагского филиала этого же театра.

В начале 2005 года Томас Миддлдитч присоединился к The Improvised Shakespeare Company.

В 2009 году Томас впервые появился на киноэкранах, сыграв небольшую роль в комедийной мелодраме «Нянька по вызову», главную роль в которой исполнила Кэтрин Зета-Джонс.

В том же 2009 году Томас появился в главной роли в комедии «Отчаянные головы».

В 2011 году с его участием вышли две кинокартины - «Миллион для чайников» и «Быть Флинном». В последнем Томас появился на съемочной площадке вместе с Робертом Де Ниро.

В том же 2011 году журнал Variety включил Томаса Миддлдитча в список 10 комедийных актеров, на которых стоит посмотреть.

В 2012 году Миддлдитч исполнил небольшую роль в комедии «Грязная кампания за честные выборы», главные роли в которой исполнили Уилл Феррелл и Зак Галифианакис.

В 2013 году ему досталась небольшая роль в драме Мартина Скорсезе «Волк с Уолл-стрит», главные роли в которой исполнили Леонардо ДиКаприо, Джона Хилл и Марго Робби. В том же году он снялся во второстепенной роли в комедии «Поженить Бэрри».

В 2014 году Томас Миддлдитч приступил к исполнению роли программиста Ричарда Хендрикса в комедийном сериале «Кремниевая долина». За которую он номинировался на премии «Satellite Award» и «Critics' Choice Television Award» как лучший телевизионный актер.

Также в 2014 году Томас вместе с ТиДжей Миллером снялся в комедии «Голые перцы».

В начале 2015 года Миддлдитч появился в ролях первого плана в комедиях «Бронза» и «Последние девушки», а также присоединился к актерскому составу картины «Андеграундная комедия», выход которой ожидается в начале 2016 года.