Thomas Wendrich wurde 1971 in Dresden (damals DDR) geboren und studierte von 1990 bis 1994 Schauspiel an der Filmuniversität Babelsberg. Danach wurde er ans Berliner Ensemble engagiert, dem er bis 1999 angehörte. Während dieser Zeit arbeite er mit Regisseuren wie Peter Zadek, Einar Schleef und Heiner Müller zusammen. Daneben übernahm er sehr vereinzelt auch Kleinstrollen in Kino- und Fernsehproduktionen.

Von 1999 bis 2001 besuchte Wendrich die Drehbuchakademie der dffb und begann nach seinem Abschluss, als freischaffender Autor und Regisseur zu arbeiten. Für sein Drehbuch "Nimm dir dein Leben" erhielt er 2002 den Deutschen Filmpreis in der Kategorie Bestes Drehbuch - unverfilmt. Die Verfilmung von Sabine Michel startete 2005 in den Kinos. Sein eigener Kurzfilm "Zur Zeit verstorben" (2003) wurde beim Wiesbadener Exground Filmfest und beim Kinder Medien Festival Goldener Spatz ausgezeichnet und erhielt den Deutschen Kurzfilmpreis 2004.

Mit "Maria am Wasser" (2006) inszenierte Thomas Wendrich (nach eigenem Drehbuch) seinen ersten abendfüllenden Spielfilm, die Geschichte eines totgeglaubten jungen Mannes, der nach langen Jahren in sein Heimatdorf zurückkehrt, wo jedoch sogar seine Mutter seine Identität anzweifelt. Für Andreas Kleinert schrieb er "Freischwimmer" (2007), eine Mischung aus Coming-of-Age-Drama und Thriller. Urs Egger verfilmte fürs Fernsehen das Drehbuch "Eine Liebe für den Frieden – Bertha von Suttner und Alfred Nobel" (AT/DE/CZ 2014), für Wolfgang Becker adaptierte Wendrich Daniel Kehlmanns Bestseller "Ich und Kaminski" (2015). Ebenfalls 2015 erschien sein erster Roman "Eine Rose für Putin". Daneben übernahm Wendrich weiterhin (meist kleine) Schauspielrollen in Kino und Fernsehen.

Für sein Drehbuch zu "Die Täter - Heute ist nicht alle Tage" (2016, TV), den ersten Teil der Trilogie "Mitten in Deutschland: NSU", die sich in Form von Spielfilmen mit den Verbrechen des "Nationalsozialistischen Untergrunds" (NSU) auseinandersetzte, erhielt Wendrich einen Grimme-Preis (zusammen mit den Hauptdarstellern und Regisseur Christian Schwochow). Außerdem schrieb er die Drehbücher zu den "Tatort"-Folgen "Fünf Minuten Himmel" (2016, Regie: Katrin Gebbe), "Borowski und das dunkle Netz" (2017, Regie: David Wnendt) und "Wo ist Mike?" (2021, Regie: Andreas Kleinert).

Viel Beachtung fand der Kinofilm "Je suis Karl" (2021, Regie: Christian Schwochow), über eine junge Frau, die nach einem schweren Schicksalsschlag in die rechtsextreme Szene abgleitet. Für sein Drehbuch zu der Thomas-Brasch-Filmbiografie "Lieber Thomas" (2021, Regie: Kleinert) wurde Thomas Wendrich 2022 mit dem Deutschen Filmpreis ausgezeichnet.