Po ukončení gymnázia se neúspěšně pokoušel dostat na práva, nakonec vystudoval brněnskou JAMU. V roce 1994 se stal členem brněnského HaDivadla, kde sehrál za dobu svého působení řadu rolí; za zmínku stojí např. hlavní úloha ve Faustovi, postava Veršinina ve Třech sestrách, jeden z exmanažerů v Top dogs či jeho účinkování v dramatu Král Oidipus, znamenitém režisérském počinu J. A. Pitínského. Krom domovské scény působil také v brněnském Divadle v 7 a půl, kde ho diváci mohli vidět např. v hrách Oči bludných hvězd, Repetent nebo Baummel.

Vedle divadelních prken si Tomáš našel svou cestu i k filmu; v něm se poprvé objevil v roce 1995 v malé roli v komedii Byl jednou jeden polda (1995) režiséra Jaroslava Soukupa. Do povědomí diváků se dostal díky filmům Divoké včely (režie Bohdan Sláma, 2001) a Mistři (režie Marek Najbrt, 2004). Dále hrál například ve filmech Vyhnání z ráje Věry Chytilové (2000), Hrubeš a Mareš jsou kamarádi do deště (režie Vladimír Morávek, 2005), Muž, kterého chtějí (režie Irena Pavlásková, 2004), Gympl (režie Tomáš Vorel, 2007), Bestiář Ireny Pavláskové (2006) nebo ve filmu Bobule (režie Tomáš Bařina, 2007). Televizní diváci ho ovšem především znají ze seriálů – např. Rodinná pouta, Bazén, To nevymyslíš, Ulice, Trapasy, Comeback (2008).

Některé jeho televizní projekty, především alternativní zábavný pořad Komediograf, který vyšel z úspěšného divadelního představení, které Matonoha s kolegou Pavlem Liškou uvedli v HaDivadle a na dalších brněnských i pražských scénách, jsou spojeny s pojmem nezávislé scény. Účastní se též dalšího originálního hereckého projektu – komických vystoupení typu stand-up, které natočila stanice HBO pod titulem Na stojáka. Manželkou Tomáše Matonohy je herečka Lucie Benešová, vychovávají spolu čtyři děti.