C'est dans un film de son père,
Alice Ou La Derniere Fugue que Thomas Chabrol sera dirigé pour la première fois, en 1976, il n'a alors que 13 ans. Cela devient rapidement une habitude puisque
Claude Chabrol mettra en scène son fils encore à plusieurs reprises, dans par exemple
Madame Bovary,
La Fleur Du Mal ou
L'Ivresse Du Pouvoir. Ces multiples collaborations n'empêcheront pas Thomas Chabrol de tourner pour d'autres réalisateurs comme
Laurent Bénégui (
Mauvais Genre),
Jacques Maillot (
Nos Vies Heureuses) ou
Benoît Cohen (
Qui M'Aime Me Suive). Il participe également à de nombreux courts-métrages ainsi que téléfilms dont
Chez Maupassant,
Douce France ou
Nos Enfants Chéris.