Jane wurde als Sohn des Gentechnikers Michael Elliott und seiner Frau Cynthia geboren. 1986 gab er in dem Bollywoodstreifen Padamati Sandhya Ragam sein Filmdebüt. In der Folge spielte er in einigen Filmen Nebenrollen, bis er 1998 in Thursday – Ein mörderischer Tag erstmals eine Hauptrolle spielte. Es folgten Schrille Nächte in New York und 1999 Deep Blue Sea, in denen Jane ebenfalls Hauptrollen verkörperte.

Jane lehnte es mehrmals ab, in Comicverfilmungen mitzuspielen, da er sich selbst nicht als Darsteller für Superhelden sah. Doch 2004 übernahm er die Hauptrolle des Punisher in der Comicverfilmung The Punisher. 2005 lieh Jane Hauptcharakteren der Videospiele GUN und The Punisher seine Stimme. 2006 spielte er in der Stephen King-Verfilmung Der Nebel die Hauptrolle. 2008 lehnte Jane die erneute Darstellung des Punishers in der Fortsetzung Punisher: War Zone ab, da ihm das Drehbuch nicht gefiel. Sein Regiedebüt gab er 2009 mit dem Film Dark Country. 2010 hatte er eine Gastrolle in Scott Pilgrim gegen den Rest der Welt.

Große Popularität errang Thomas Jane als Titelheld der Serie Hung – Um Längen besser. Er spielt darin einen Mann, dessen einziges Talent darin besteht, dass er in seiner Männlichkeit überdimensional ausgestattet ist und dies für eine Karriere als Luxus-Callboy nutzt. Thomas Jane zu dem Hype um seinen Status als neues Sexsymbol im Magazin “Men's Fitness” dazu: “Ich bringe es im erigierten Zustand auf 6,5 Zoll (17 cm), bin also ein Durchschnittskerl mit einem etwas über dem Durchschnitt liegenden exakten Durchschnittsschwanz.” ¹. Der Part brachte Jane Nominierungen für den Golden Globe Award und Satellite Award ein.

Neben seiner Arbeit beim Film arbeitet Jane auch am Theater. Thomas Jane heiratete im Juni 2006 die Schauspielerin Patricia Arquette. Am 1. Juli 2011 wurde die Ehe geschieden². Die beiden haben zusammen eine Tochter, die 2003 geboren wurde.