В 1780-х гг. учился в Парижской академии и, получив от неё большую римскую премию, отправился в Италию. Поселившись в Риме, усердно изучал архитектурные памятники императорской эпохи и так пристрастился к их стилю, что потом держался исключительно его в своих проектах и постройках. Живя в Риме, он, кроме того, писал акварелью и масляными красками перспективные виды и пейзажи в характере картин Гюбера Робера и Гаспара Пуссена. Французская революция помешала ему — дворянину и роялисту — вернуться на родину; он перебрался в Вену.
В 1799 году по приглашению кн. А. М. Голицына прибыл в Санкт-Петербург. Здесь он вскоре приобрёл в высшем обществе известность своими мастерскими карандашными и акварельными рисунками. С 1800 года начал преподавать в Академии художеств, с 1811 года - в Институте корпуса инженеров путей сообщения.
В 1801 году император Александр I пожелал увеличить и отделать заново Большой театр, выстроенный в Санкт-Петербурге Л. Ф. Тишбейном. Эта задача была возложена на Тома де Томона, и он окончил её в 1805 году блестящим образом, за что получил титул придворного архитектора.
С 1804 года Тома де Томона пригласили работать инвентором (изобретатель рисунков) на Императорский Стеклянный Завод в Санкт-Петербурге. Он там проработал до 1813г..
В 1805 году Тома де Томон принял от Кваренги неудачный проект Санкт-Петербургской биржи на Васильевском острове, остановленный в 1787 году, так как возводимое здание не соответствовало облику города и градостроительным задачам. Вариант Тома де Томона был реализован в 1805-1810 гг. в виде существующего доныне величественного здания, построенного по образцу храма в Пестуме. Здание Биржи охвачено двойным рядом дорических колонн на гранитном основании, к которому ведут широкие парадные лестницы. На фоне фронтонов с огромными полуциркульными окнами расположены скульптуры работы И.П. Прокофьева и Ф.Ф. Щедрина. Одновременно с постройкой Биржи Тома де Томон реализовывает свой проект ансамбля стрелки Васильевского острова с двумя пологими спусками к Неве и ростральными колоннами.
В 1806 году Ж. Ф. Тома де Томон победил в конкурсе на лучший проект мавзолея Павлу I в Павловске. Этот павильон имеет вид греческого античного храма из четырех дорических колонн красного гранита, стоящих на гранитном подиуме и поддерживающих фронтон с надписью: «Супругу-Благодетелю».
Другие постройки Тома де Томона:
В 1813 году, обследуя здание Большого театра, архитектор упал с лесов и вскоре скончался от полученных травм. Его похоронили на Смоленском кладбище в Петербурге. В 1955 году прах инженера и надгробный памятник перенесены в «Некрополь XVIII века» на Лазаревском кладбище Александро-Невской лавры.
Чертежи своих главных сооружений он издал в сборнике, под заглавием:
Кроме того, им написано и напечатано сочинение