Thomas Meyer studierte Geschichte mit dem Schwerpunkt Technikgeschichte, Philosophie und Mediävistik an der Universität Karlsruhe (TH), dem heutigen Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und der Albert-Ludwigs-Universität in Freiburg. Seine Dissertation zur Nachkriegsentwicklung der Daimler-Benz AG schloss er 2009 ab.

Von 2008 bis 2018 war er Mitarbeiter am Institut für Fahrzeugsystemtechnik (FAST) am KIT, seit 2012 als Leiter der Forschungsgruppe Mobilitätskonzepte und Mitglied der Institutsleitung. Von 2009 bis 2018 war Thomas Meyer außerdem Geschäftsführer des KIT-Zentrums Mobilitätssysteme. Im Zuge dieser Tätigkeit wirkte er an der Konzeption und Durchführung großer Verbundvorhaben wie Spitzencluster Elektromobilität Süd-West (2010-2017) oder Testfeld Autonomes Fahren Baden-Württemberg in Karlsruhe (seit 2016) mit. Von 2010 bis 2018 war er Mitglied des Kernteams im Spitzencluster Elektromobilität Süd-West bei der Landesagentur e-mobil BW und ist seit 2017 in mehreren Säulen am Strategiedialog Automobilwirtschaft des Landes Baden-Württemberg beteiligt. Thomas Meyer hat seit 2013 einen Lehrauftrag des Instituts für Technikzukünfte/Geschichte sowie des Instituts für Fahrzeugsystemtechnik am KIT inne und ist Alumnus der Helmholtz-Akademie für Führungskräfte.

Seit Mai 2018 leitete Thomas Meyer den Forschungsbereich Embedded Systems and Sensor Technologies (ESS) des FZI, seit 2023 den Bereich Innovation – Strategie – Transfer (IST) gemeinsam mit Ada Streb.