Thomas Jones Woodward néven született egy szegény walesi bányászcsaládban. Iskolai pályafutása 16 éves korában véget is ért, egy évvel később már gyermeke és felesége volt. Kenyerét építőmunkásként és porszívó-ügynökösködéssel kereste, kiegészítésül esténként bárokban énekelt Tommy Scott művésznéven, a Senators együttes társaságában.

Mindössze huszonhárom éves volt, amikor felfigyelt rá John Meek, a Tornados együttest is megálmodó neves menedzser, aki megpróbált nekik lemezszerződést kijárni, de nem járt sikerrel. Ezután több menedzser is kézről kézre adta a mély és erős hangú énekest, végül a szintén walesi származású Gordon Mills, a Decca producere kötött szerződést vele. Nevét is ő változtatta Tom Jonesra, hogy kihasználják az akkoriban nagy sikert arató Tom Jones című film sikerét.

Első kislemeze, az 1964-es Chills and Fever még kevés figyelmet keltett, a listára sem került fel. A második, 1965-ös It's Not Unusual már azonnal sztárrá tette, pedig dalát "túl merész" előadásmódja miatt kezdetben csak helyi és kalózrádiók merték lejátszani. Szakmai körökben megítélése vegyesnek volt mondható, a közönség azonban rajongott érte. Érzelmes dalaival, elsöprő erejű hangjával és Elvis Presleyre emlékeztető mozgásával hamarosan a szigetország egyik legnagyobb koncertattrakciója lett.

A sikeres, szép dalok sora folytatódott. 1966-ban a hasonló című filmhez készült What's New Pussycat Angliában és Amerikában is tarolt, ugyanebben az esztendőben jelent meg a Green, Green Grass of Home című dal, amely inkább Európában vette le a lábukról a középkorú hölgyeket és a tinilányokat. A korai időszak híres dalai közül emlékezetesnek tekinthető az I'm Coming Home és a Delilah, az utóbbit az unalomig játszották a rádiók. 1965-ben ő énekelte a Thunderball című James Bond-film főcímdalát, és a következő évben, 26 évesen elnyerte a legjobb új előadónak járó Grammy-díjat.

Úgy látszott, hogy érzelgős dalok előadójaként skatulyázzák be, ami ellen nem is védekezett, bár erős hangja alkalmas lett volna soulos zeneszámok előadására is. Ilyen próbálkozása volt a Detroit City című dala, amely meghódította a közönséget, illetve a Help Yourself, a Minute of Your Time és a Daughter of Darkness. 1969 és 1971 között népszerű tévéműsort vezetett This is Tom Jones címmel, a show-ért 1970-ben Golden Globe-díjra jelölték.

A hetvenes-nyolcvanas években csökkent iránta az érdeklődés, ezért a countryzenébe és a Las Vegas-i kaszinók jól fizető világába vonult vissza. Bár a biztos keresetet biztosító Las Vegast továbbra sem hagyta ott, a nyolcvanas évek végén előbukkant a süllyesztőből, és az Art Of Noise társaságában előadott Prince-szerzemény, a Kiss ismét tarolt a listákon. Aztán az ezredfordulón Reload című lemeze négymillió példányban kelt el, 36 hétig szerepelt a brit listán, Sex Bomb című dalát pedig ismét állandóan játszották a rádiók.

Pályája során csaknem száz filmben énekelt, több filmben szerepelt is, többek között az 1996-ban bemutatott Támad a Marsban és az 1999-es Agnes Browne-ban, a Simpson család című animációs filmben pedig önmagát szinkronizálta. Zenei munkássága elismeréseként 1999-ben megkapta a Brit Birodalom Érdemrendjét, 2006-ban II. Erzsébet brit királynő lovaggá ütötte, ettől kezdve kijár neki a Sir megszólítás. 2010-ben, hetvenedik születésnapján Elton Johnt, Peter Gabrielt és Andrew Lloyd Webbert követve a brit Music Industry Trust életműdíjat kapta. Legutóbbi, negyvenedik stúdióalbuma 2012-ben Spirit In The Room címmel jelent meg, becslések szerint 1965 óta csaknem 150 millió eladott lemezzel büszkélkedhet. Tom Jones soha nem volt a házastársi hűség mintaképe, mégis, 59 évig volt házas, és miután 2016-ban elvesztette feleségét, hazaköltözött Los Angelesből Londonba.

Magyarországon 2019 nyarán lépett fel hatodik alkalommal a Budapest Sport Arénában. Idén áprilisban a The Glory of Love című dalával ő is részt vett a Global Citizen és az Egészségügyi Világszervezet (WHO) által szervezett One World: Together at Home című koncertsorozatban. A jótékonysági akció keretében 127,9 millió dollárnyi adományt gyűjtöttek a koronavírus-járvány élvonalában dolgozó orvosok és ápolók védőfelszereléseire és támogatására.