Fils du réalisateur et producteur Claude Berri et de Anne-Marie Rassam, Thomas Langmann baigne dès son plus jeune âge dans le septième art, côtoyant régulièrement de grands noms du cinéma comme Yves Robert ou la famille Coppola. C'est d'ailleurs face à des acteurs de prestige tels Catherine Deneuve et Gérard Depardieu qu'il fait ses débuts devant la caméra, à l'âge de huit ans, dans Je vous aime, réalisé par son père. Mais c'est à l'adolescence qu'il se distingue véritablement dans Les Années sandwiches (1988) et Paris s'éveille (1991). Deux films pour lesquels il est nommé aux César dans la catégorie Meilleur Espoir.

Malgré ce succès, le métier d'acteur ne lui convient pas. Il quitte les feux des projecteurs pour se diriger vers la production et fonde, à 24 ans, "La Petite Reine" en hommage à la société de Claude Berri, "Renn Production". Il se consacre alors à l'adaptation de la bande dessinée Astérix pour laquelle il fait appel à son père. C'est finalement ce dernier qui prendra en charge le film, ainsi que sa suite, Astérix et Obélix : mission Cléopâtre. Pendant ce temps, Thomas Langmann devient producteur à part entière avec Le Boulet dont il écrit également le scénario. Fort de 3 millions d'entrées en salles, il tente ensuite un nouveau défi et produit le western métaphysique Blueberry de Jan Kounen. Mais il ne connaît malheureusement pas la même réussite.

Il se lance alors dans le projet le plus ambitieux de sa jeune carrière, l'adaptation d'Astérix aux Jeux Olympiques, qu'il réalise et produit lui-même. Un pari risqué car avec 78 millions d'euros de budget, il est le deuxième film français le plus cher de l'histoire. Vivement critiqué pour ses partis pris artistiques, il attire néanmoins près de 6,7 millions de spectateurs en France et bénéficie d'une importante sortie européenne. La même année sort sur les écrans le diptyque consacré à Mesrine dont il rêvait depuis qu'il avait lu le livre L'instinct de mort dans sa jeunesse. Confié au réalisateur Jean-Francois Richet et porté par Vincent Cassel, il met fin à des années de tentatives infructueuses visant à transposer la vie du gangster sur grand écran. Le film remporte un vrai succès et se retrouve nommé pour dix César et en remporte trois (meilleur acteur, meilleur réalisateur et meilleur son).

Suite à ces deux succès, il continue sa carrière de producteur avec la comédie Le Mac, qui ne connaît malheureusement pas la fortune de ses prédécesseurs. En 2011, il est omniprésent puisqu'il finance la comédie dramatique Mon père est femme de ménage avec François Cluzet, l'adaptation de La Guerre des boutons, intitulée La Nouvelle guerre des boutons, et le film muet The Artist, véritable coup de cœur du public et de la critique lors du Festival de Cannes 2011.