Thomas Molinari a început să cânte la oboi la vârsta de 10 ani, în Douai (nordul Franței). El şi-a continuat studiile la Paris cu Olivier Doise, absolvindu-le în anul 2003. În anul următor, Thomas Molinari a fost admis la Rotterdam Conservatorium unde a studiat cu Emanuel Abbuhl, Alexei Ogrintchouk, Aisling Casey și Maarten Dekkers, obţinând diploma de master în 2009.

După terminarea studiilor, Thomas Molinari a participat la câteva academii de orchestră și festivaluri precum: Gustav Mahler Academy, Festivalul de muzică PMF Pacific, Festivalul din Lucerna, Berliner Fest, Les Grandes Heures de Cluny. A fost invitat în mod frecvent să colaboreze cu orchestre de prestigiu precum: Filarmonica French Radio, Filarmonica Monte-Carlo, Amsterdam Royal, Filarmonica din Rotterdam, Filarmonica Dutch Radio, Orchestra simfonică din Londra și BBC of Wales.

Thomas Molinari a cântat sub bagheta lui Mariss Jansons, Ton Koopman, Semyon Bychkov, Christoph Eschenbach, Mickel Tilson Thomas, Lawrens Foster, Maurizio Benini, Robin Ticciati, Xian Zhang și mulţi alţii.

Începând din 2012, Thomas îşi împarte timpul între activitatea de profesor în nordul Franței, susţinerea de concerte camerale și colaborarea cu diferite orchestre.