Thomas Dolby a étudié au Dolby Laboratories, et s'est illustré dans le domaine de la pop synthétique. Après avoir joué dans un petit groupe, The Fallout Club, il sort son premier album solo en 1982, The Golden Age Are Wireless. Repéré par le groupe de hard rock Def Leppard, il est invité par le groupe sur l'album Pyromania en 1983 sous le pseudonyme de Booker T. Boffin. Un an après, The Flat Hart, son deuxième opus rencontre un succès mitigé.
C'est en 1985 qu'il se fait réellement remarquer par le public à la fois electro et rock en jouant en compagnie de Trent Reznor et son groupe de l'époque, Exotic Birds, alors que ce dernier n'avait pas encore fondé Nine Inch Nails. La même année, sa participation aux Grammy Awards en compagnie d'Herbie Hancock et Stevie Wonder lui permet d'obtenir une certaine notoriété qui lui vaut d'être invité au premier Live Aid dans lequel il joue aux côtés de David Bowie.
Devenu producteur, il est en charge de Prefab Sprout et devient proche de Depeche Mode et de Pink Floyd, participant même au concert The Wall de Roger Waters à Berlin. Il apparaît notamment aux claviers en compagnie de Cyndi Lauper sur le morceau « Another Brick in the Wall (Part 2) » et interprète le rôle du professeur dans la séquence : « The Trial ».
Aliens Ate My Buick, en 1988 s'oriente davantage vers une certaine forme de new age et, si le titre « Airhead » rencontre le succès, le reste de l'album passe relativement inaperçu. En 1992, son album studio, Astronauts and Heretics est reconnu par la profession, mais le grand public, lui, ne s'y retrouve pas.
Changement de cap en 1993, lorsque l'artiste décide de se consacrer à l'habillage sonore de jeux vidéos, de clips et... de sonneries pour téléphones mobiles. Devenu une figure importante de la musique « utilitaire » (à l'instar de son maître Brian Eno), Dolby reçoit en 1998 l'Internet Music Award décerné par Yahoo! Internet Life.
Devenu membre de la TED Conference, un symposium sur les musiques électroniques situé à Monterey (Californie) depuis 2001, l'artiste est régulièrement sollicité par les créateurs de Youtube, MySpace ou encore par l'éditeur Adobe. En 2007 sort un opus personnel, Live In Chicago.
