Туомас Холопайнен родился в Китеэ, Финляндия, в семье предпринимателя Пентти Холопайнена и учительницы музыки Кирсти Нортиа-Холопайнен. У него есть старшая сестра Сюзанна, хирург-уролог, и старший брат Петри, ассистент врача. Тяга к музыке у Туомаса проявилась в начальной школе, и в семь лет он стал учиться игре на пианино. Позже он учился играть на кларнете,саксофоне и несколько лет изучал музыкальную теорию.
К своей первой группе Dismal Silence Холопайнен присоединился в 1993. Он играл в нескольких группах, исполнил клавишные партии на 3-х альбомах блэк-метал группы Darkwoods My Betrothed и играл с Nattvindens Gr?t и Sethian. Холопайнен признается, что он фанат Дисней, Толкина и Dragonlance. В 2006 Холопайнен заявил, что он «не религиозный, но открытый и мыслящий человек». Он считает, «что плоха не религия, а ее интерпретация людьми». В 2007 Туомас сказал, что верит в Бога, но относится к нему с юмором.
Холопайнен также рассказал, что за зиму 2005/2006 он посмотрел фильм «Таинственный лес» 10 раз за неделю, по 2—3 раза в день. Он говорит, что в этом фильме «эскапизм представлен в лучшем виде». Холопайнен считает себя эскапистом, и написал об этом одноименную песню. Ховард, Джеймс Ньютон — автор саундтрека к фильму, является одним из любимых композиторов Туомаса.
В 1996-м году Туомас решает создать свою собственную группу, для которой он будет писать песни и играть на синтезаторе. Известно, что идея создания акустического проекта пришла к нему, когда он с друзьями сидел в лесу у костра. В то время его вдохновляли такие группы, как Third and the Mortal, Theatre of Tragedy.
Так появилась группа Nightwish, в составе которой вошли Эрно Вуоринен (гитара), Тарья Турунен (вокал) и сам Холопайнен. в качестве демо в декабре 1996-го года группа записала 3 песни: Nightwish, The Forever moments и Eti?inen. Через некоторое время было решено, что Nightwish должны исполнять музыку в стиле Хеви-метал.
Первый альбом Nightwish, Angels Fall First, вышел в 1996-м. За ним в 1998-м последовал альбом Oceanborn, написанный Туомасом под впечатлением от творчества группы Stratovarius. В 1999-м Холопайнен и участники групп Charon, Eternal Tears of Sorrow, Reflexion и Embraze создали группу For My Pain…. Но так как участники были заняты своими коллективами, деятельность группы была отложена.
В 2000-м Nightwish выпустили третий альбом Wishmaster, который продавался намного лучше предыдущих. В 2001-м For My Pain… решили выпустить дебютный альбом.
В 2002-м вышел 4-й альбом, Century Child, в записи которого участвовал поющий бас-гитарист Марко Хиетала, занявший место уволенного Сами Вянскя. В записи этого альбома принимали участие оркестры из Финляндии и Англии, что привело к изменению звучания, расширению границ в творчестве Холопайнена и дало возможность использовать новые инструменты. В 2003-м For My Pain выпустили дебютный альбом Fallen. В то же время Туомас так же поработал с финским метал-коллективом Kotiteollisuus, сыграв на альбоме Helvetist? It??n.
Выпущенный в 2005-м 5-й альбом Once возглавил многие хит-парады, синглы Nemo и Wish I Had an Angel были сыграны на MTV. Группа начала свой самый большой тур, Once World Tour, впервые побывав в Японии и некоторых других странах. После финального концерта в октябре 2005-го в Hartwall Areena (который в 2006-м вышел на DVD End of an Era), группа вручила вокалистке Тарье Турунен письмо, в котором говорилось, что они больше не могут работать вместе.
В 2006-м Холопайнен прошел через темный период своей жизни, наполненный тревогой и депрессиями, и усугубляющийся постоянными слухами о нем и о группе в таблоидах. Эти переживания вдохновили его на написание последнего, самого темного альбома за всю историю группы, Dark Passion Play. В это же время Туомас принял участие в записи альбома Тимо Раутиайнена Sarvivuori.
В 2007-м Холопайнен и Марко Хиетала написали песню While Your Lips Are Still Red к финскому фильму Lieksa!, которая стала первой песней, написанной Туомасом специально для фильма. Туомас часто упоминал о том, что написать саундтрек к фильму — его самое грандиозное желание. В этот же период времени Туомас сыграл на клавишах для проекта Kyl?hullut (альбом Lis?? Persett? R?ttip?ille). Он так же принял участие в записи и второго их альбома Per?aukko Sivistyksess?, и на этих альбомах можно так же услышать и его голос.
В 2007-м было объявлено имя новой вокалистки, ею стала шведская певица Анетт Ользон, исполнившая вокальные партии на последнем альбоме группы Dark Passion Play.
В 2008-м стало известно, что Туомас стал продюсером финской поп-рок группы Indica.
2 декабря 2011 года выходит Imaginaerum, седьмой по счёту альбом группы.
Музыка Nightwish вдохновила многих. Например Симона Симонс, вокалистка Epica, начала свою карьеру под впечатлением от творчества группы. А бывшая вокалистка Visions of Atlantis, Николь Богнер, говорит, что группа оказала на нее большое влияние. Вокалист финской пауэр-метал группы Sonata Arctica,Тони Какко, исполнивший на концерте песню «Beauty and the Beast» с Тарьей Турунен, не раз отмечал, что группа оказала на него огромное влияние.
В начале деятельности Nightwish Холопайнен исполнил партии мужского вокала на первом альбоме Angels Fall First. На концертах их исполняли приглашенные вокалисты. Так же его можно услышать в песне Moondance(Oceanborn), песне Master Passion Greed (Dark Passion Play) и его шепот звучит на заднем фоне в песне While Your Lips Are Still Red .
На своем профайле на сайте Nightwish.com Холопайнен отмечает, что его самым странным опытом на сцене было пение перед 20.000 человек и его самый страшный ночной кошмар петь снова.