Tom Dey suit des études de philosophie, de religion et de cinéma à la Brown University. De 1987 à 1989, il complète sa formation à Paris en suivant des cours de théories du cinéma au Centre des Etudes Critiques. En 1993, il décroche une licence de l'American Film Institute de Los Angeles.

L'année suivante, Tom Dey collabore avec la société de production Ridley Scott Associates et réalise de nombreux spots publicitaires pour les marques Mastercard, U.S. Airways, Showtime Networks et L'Oréal.

En 1998, les studios Disney et Spyglass Entertainment lui donnent l'occasion de mettre en scène son premier long métrage : la comédie d'action Shanghai kid, dans laquelle un garde impérial chinois, interprété par Jackie Chan, et un cow boy, incarné par Owen Wilson, font équipe pour se porter au secours d'une princesse chinoise kidnappée, jouée par Lucy Liu.

Fort de ce succès, Tom Dey récidive en 2001 dans le film à tandem mais change de décor. Cette fois-ci, le western fait place à une intrigue policière. Un vétéran de la police de Los Angeles, interprété par Robert De Niro, est forcé d'avoir pour coéquipier un acteur manqué, incarné par Eddie Murphy, pour les besoins d'un reality-show qui suit en direct leurs exploits.