Thomas Barthol wurde in Klagenfurt, Österreich, geboren und absolvierte nach dem Abschluss eines Jus-Studiums das Studium der Musiktheaterregie an der Universität für Musik und darstellende Kunst, Wien.

Regieassistenzen und -hospitanzen führten ihn an zahlreiche Opernhäuser und Festspiele wie das Stadttheater Klagenfurt, das Opernhaus Graz, den Carinthischen Sommer Ossiach, die Nationaloper Zagreb und das Bard Summerscape Festival in Annandale-on-Hudson. Im Rahmen des Studiums erfolgten eigene Inszenierungen von The Telephone von Giancarlo Menotti, Die Entführung aus dem Serail (2. Akt) von Wolfgang Amadeus Mozart, Ba­ta­clan von Jacques Offenbach, sowie The Turn of the Screw von Benjamin Britten.

Seit der Spielzeit 2009/2010 ist er als Referent für Musiktheater und Dramaturg am Landestheater Linz engagiert, seit der Spielzeit 2012/2013 ist er zudem Mitglied der Theaterleitung.