Après des études de sciences politiques à Bordeaux et un passage par la production de films documentaires, Thomas Cailley intègre La Fémis, département « scénario ». C’est là qu’il initie son premier long–métrage, Les Combattants, comédie d’apprentissage déréglée par la fin du monde, co-écrite avec Claude Le Pape. Avec à l’affiche Adèle Haenel et Kevin Azaïs, le film est sélectionné à la Quinzaine des réalisateurs à Cannes en 2014 et reçoit trois César en 2015, dont celui du meilleur premier film. Créée avec Sébastien Mounier et réalisée pour Arte, sa première série Ad Vitam mêle science-fiction et film noir. Elle est sélectionnée au Festival de Toronto en 2018 et élue « Meilleure série française » lors du festival Séries Mania en 2018.
Festival international du film fantastique de Gérardmer