Après des études de sciences politiques, Thomas Cailley intègre la prestigieuse Fémis à Paris, en cursus scénario. En 2010, il réalise Paris Shanghai, court métrage primé dans de nombreux festivals. Par ailleurs, il collabore à l’écriture de plusieurs longs métrages comme A domicile ou encore Ma révolution.

En 2014, il saute le pas et met en scène son premier long métrage, Les Combattants, une comédie romantique et un film d'aventures original porté par les prometteurs Adèle Haenel et Kevin Azaïs. Présenté au Festival de Cannes, il y remporte les Prix SACD, Label Europa Cinema et Art Cinema Award.

Puis, Thomas réalise le clip de Louise Attaque Anomalie ainsi que 6 épisodes de Ad Vitam, une série de SF qu'il crée avec Sébastien Mounier. Parallèlement, il travaille sur les scénarios de la mini-série Trepalium et la comédie Ami-ami avec William Lebghil, Margot Bancilhon, Camille Razat et Jonathan Cohen.

En 2023 sort son deuxième long métrage, Le Règne animal. Ce drame de science-fiction, qui a aussi les honneurs d'une présentation cannoise, se déroule dans un monde en proie à une vague de mutations qui transforment peu à peu certains humains en animaux. Romain Duris y campe le personnage principal.

Laurent Schenck