Tomay Tamás 1970-ben az Ybl Miklós Műszaki Főiskolán diplomázott, majd 1977-re a BME Építészmérnöki Karát is elvégezte. 1978-tól két évig a Mesteriskola hallgatója. 1973–1979 között a BUVÁTI, majd 1986-ig az ÁÉTV tervezője. Innentől gazdasági munkaközösségben dolgozott tovább, 1995-től pedig önállóan. 1982–1986 között a Fiatal Építészek Stúdiójának vezetője; 1985-ben DLA-fokozatot szerzett.
1980-tól Varga Leventével együtt tervezett az Általános Épülettervező Vállalatban. Közös munkájuk a pestújhelyi kórház – amelyért 1985-ben Ybl Miklós-díjat kaptak –, valamint a kiskunhalasi lakótelep és a Szabolcs utcai műtőtömb. Megbízást kaptak a gellérthegyi Munkásőrség székházára is, de léptéktelennek tartva a programot, visszaadták azt. Új együttműködés során, 1989-ben tervezte Tomay Tamás a Menedzserképző Intézet budafoki épületegyüttesének portaépületét (Somogyi-Soma Katalinnal és U. Nagy Gáborral közösen), amely a rendszerváltás időszakának emblematikus házává vált.
Az 1990-es évektől alapvetően lakóházak tervezésével foglalkozott. Munkáit előszeretettel közölte a hazai és a nemzetközi sajtó is. Számos épülete közül kiemelt visszhangot kapott a Pasaréti út 106. alatti villa átalakítása és bővítése, a budapesti Gül Baba utcába tervezett társasház, a Csévi utcai lakóházak. Azok közé tartozik, akiknek munkásságát egyöntetű elismeréssel kísérte a szakma.
„Tomay (…) kísérletezik a XX. század építészeti örökségével, kutatja, átértelmezi, ám merőben sajátos interpretációját nyújtja” – írta egyik épületéről Haba Péter. 1992-ben Év Lakóháza díjjal, 2000-ben Pro Architectura díjjal, 2001-ben Év Szép Háza díjjal ismerték el. 2015-ben Prima Primissima díjat kapott. 2004-ben neki és U. Nagy Gábornak ítélték elsőként az akkor alapított Molnár Farkas-díjat.
„Amikor Tomay továbbrajzol például egy Kozma Lajos-házat, azzal érvényességet és létjogosultságot ad egyszerre az eredetinek és a továbbírtnak. Könnyed gesztusokkal természetes folytonosságot teremt a magyar építészet búvópatakként követhető egyik folyásirányában, és ez ettől válik egyszerre hiteles értékkiválasztó és értékképző momentummá” – értékelte Baranyai Katalin a 2002-ben az N&n Galériában tartott kiállítása megnyitóján. Munkáit emellett számos csoportos és egyéni kiállításon mutatta be, legutóbb 2017-ben a budapesti B32 Galériában, Kifutó modellek címmel.
2013-tól a Széchenyi Irodalmi és Művészeti Akadémia tagja. Székfoglaló beszédét 33 terv, 99 mondat címmel a HAP Galériában tartotta.
Tomay Tamást a magyar építészek több generációja tisztelheti mestereként. 1984–1986 között demonstrátorként tanított a MÉSZ Mesteriskolájában, amelynek 2002-től haláláig mestere volt. A MIF Mesterképző Intézet és a BME Középülettervezési Tanszék meghívott oktatója, a BME Építészmérnöki Kar diplomabizottságának tagja volt. 2002-től egy évtizeden át témavezető volt a MOME Doktori Iskolájában. Tevékenységét 2017-ben Kotsis Iván éremmel ismerték el. „Nem szólt le másokat, tűpontos értékítélete lefegyverző volt, dicsérete felért egy Ybl-díjjal” – méltatta pályatársa, Kalmár László 2021-ben. Tanítványa és munkatársa, Galina Zoltán hozta létre a munkásságát bemutató, ma is elérhető honlapot.
A honlapon is elérhető dokumentumok, makettek mostantól közgyűjteményt gyarapítanak, és a MÉM MDK-ban kutathatóak, Tomay Tamás örökösei, Tomayné Busch Éva, Tomay Márton és Tomay Katalin ajándékaként. Az anyagból egy makett szerepel a MÉM MDK jelenleg is látogatható kiállításán, a Pesti Vigadóban látható Sosemvolt Budapest című tárlaton.
