Thomas Cavanagh wurde als zweites von fünf Kindern geboren. Als er sechs Jahre alt war, zog seine Familie nach Ghana, wo sein Vater Lehrer ausbildete. Die Familie zog zurück nach Kanada, bevor er die High School besuchte. Später studierte Cavanagh an der Queen’s University in Kingston und machte seine Abschlüsse in Englisch, Biologie und Pädagogik.

Sein Interesse für die Schauspielerei begann mit einer Rolle in einer Grease-Aufführung. Danach hatte er zahlreiche Rollen in Fernsehfilmen und zahlreiche Gastauftritte in Fernsehserien (Der Sentinel – Im Auge des Jägers, Outer Limits – Die unbekannte Dimension, Viper, Providence und Scrubs – Die Anfänger). Am bekanntesten ist er für seine Darstellung des Anwalts Ed Stevens in der Fernsehserie Ed – Der Bowling-Anwalt, die von 2000 bis 2004 gedreht wurde.

Vom 2014 bis 2021 war Cavanagh fester Bestandteil der Sci-Fi-Krimiserie The Flash, in der er mehrere Versionen von Harrison Wells von verschiedenen Erden spielte. Diese Rollen verkörperte er auch in den anderen Arrowverse-Serien.

Er ist verheiratet, hat zwei Töchter und zwei Söhne.