Originaire de Cardiff, Thomas s’est d’abord illustré sur piste, décrochant deux titres olympiques en poursuite par équipes (Pékin 2008, Londres 2012), ainsi que trois titres mondiaux. C’est en 2013 qu’il amorce sa transition vers la route, épaulant Christopher Froome lors de ses victoires sur le Tour entre 2013 et 2017, avant de connaître son heure de gloire en 2018 en s’emparant du maillot jaune.