Thomas Dolié commence son apprentissage du chant au conservatoire de Bordeaux, sa ville natale, avant d'intégrer le Centre National d’Insertion Professionnelle des Artistes Lyriques de Marseille. Primé aux Victoires de la Musique Classique dans la catégorie “Révélation artiste lyrique” en 2008, il prend son premier rôle d’opéra en 2010 à Montpellier, dans une version concertante de La Flûte enchantée où il incarne Papageno sous la direction Marc Minkowski. Il campe ce même rôle dans une adaptation de l’opéra par Peter Brook qui part en tournée de 2010 à 2012, ce qui permet à Thomas Dolié de faire ses débuts dans de nombreuses maisons d’opéra en France, en Europe et dans le monde. En 2014, il monte pour la première fois sur les scènes de l’Opéra de Bordeaux en Marcello dans La Bohème de Puccini, et de l’Opéra de Saint-Étienne en Landry dans Fortunio de Messager. Il poursuit la saison avec le rôle de Melot dans Tristan et Isolde qu’il interprète en 2015 pour ses débuts au Théâtre du Capitole de Toulouse. La même année, il fait ses débuts à Angers Nantes Opéra en Ramiro dans une version concertante de L’Heure espagnole de Ravel et au Théâtre Impérial de Compiègne avec le rôle du Comte Almaviva dans Les Noces de Figaro. L’année suivante, il prend le rôle de Sténose dans une version de concert de Persée de Lully à Versailles et au Théâtre des Champs-Élysées, puis revient à l’Opéra National de Bordeaux pour y interpréter Ubalde dans une version de concert de Armide de Gluck. En 2017, il fait ses débuts à Caen et à Reims en Thésée dans Phèdre de Jean-Baptiste Lemoyne, à l’Opéra Comique de Berlin en Abramane dans Zoroastre de Rameau et au Festival international baroque et romantique de Beaune en Farnace dans une version de concert de Mitridate de Scarlatti. De retour à Angers Nantes Opéra, il y prend le rôle d’Argante dans Rinaldo de Haendel en 2018 avant de partir pour Budapest, où il interprète Huascar dans Les Indes galantes de Rameau avec l’Orchestre Orfeo. Cette même année, il prend le rôle de Golaud dans Pelléas et Mélisande à Brême, reprend le rôle de Ramiro pour ses débuts à l’Opéra Bastille et incarne pour la première fois Fritz dans La Ville morte de Korngold à Toulouse. En 2019, il prend une nouvelle fois le rôle de Thésée dans Phèdre pour ses débuts à l’Opéra de Limoges et incarne Chorèbe dans Les Troyens au Festival Berlioz de la Côte Saint-André. Aussi prend-il les rôle de Jupiter dans une version concertante de Platée de Rameau à l’Abbaye de Royaumont et de Cadmus dans Cadmus et Hermione de Lully au Château de Versailles. L’année suivante, il prend le rôle d’Eurymaque dans Pénélope de Fauré à Toulouse. En 2021, il campe Ford dans Falstaff et Moralès dans Carmen à Bordeaux. Il se produit une nouvelle fois au Théâtre des Champs-Élysées en tant que baryton dans un concert regroupant le Requiem de Mozart et la Messe pour le sacre de Napoléon de Giovanni Paisiello, prend le rôle de Dicéphile dans une version de concert de Phryné de Saint-Saëns pour ses débuts à Rouen et reprend le rôle d’Argante pour ses débuts à l’Opéra de Rennes. En 2022, il interprète à nouveau le Requiem de Mozart et la Messe pour le sacre de Napoléon à la cité musicale de Metz, puis reprend le rôle du Comte Almaviva au Grand Théâtre du Liceu, à Barcelone. Aussi prend-il le rôle de Scapin dans La Sérénade de Sophie Gail à l’Opéra Grand Avignon. En 2023, il prend le rôle de Créon dans Médée de Charpentier au Théâtre des Champs-Élysées et celui du Marquis dans une version de concert de Grisélidis de Massenet à l’Opéra de Montpellier.

En 2024, Thomas Dolié prendra la rôle de l'Esprit Messager dans La Femme sans ombre de Strauss à Toulouse en janvier et février. Au mois de mars, il campera pour la première fois Escamillo dans une version concertante de Carmen pour ses débuts à la Philharmonie de Paris, de Cologne, de Hambourg ainsi qu'au Teatro Real de Madrid. Aussi participera-t-il dans le même rôle à la Première mondiale d'un arrangement de Carmen par Paul Prevost à Dortmund. De retour à Bordeaux au mois d'avril, il y incarnera une nouvelle fois Marcello dans La Bohème.