Thomas Edward Yorke est né à Wellingborough, dans le comté de Northamptonshire, au coeur de l'Angleterre, le 7 octobre 1968. Enfant, à cause d'une paralysie de l'oeil gauche, il passe beaucoup de temps à l'hôpital. Il subit cinq opérations mais perd en partie la vision de cet oeil. Puis, Thom Yorke s'entiche de Queen, en particulier du guitariste Brian May qui devient son héros. Ses parents lui achètent une guitare acoustique et il crée son premier groupe à l'âge de dix ans. Son frère Andy Yorke deviendra lui le chanteur d'Umbelievable Truth.
À l'école privée d'Abington, près d'Oxford, il fait la connaissance de Colin Greenwood. Ils créent TNT, un groupe de punk rock explosif. Rebelle et bagarreur, Yorke (dont la paupière refermée lui vaut le sobriquet de salamandre) étonne aussi par sa maturité artistique. Dès 1980, il écrit des chansons parlant de bombe atomique (« Mushroom Cloud ») et sa voix attise la curiosité de ses professeurs. Il étudie l'art et reçoit un prix d'excellence avant de partir en 1988 pour l'université d'Exeter où il s'éparpille, joue de la guitare seul ou dans quelques formations éphémères (Headless Chickens), mais il rencontre aussi Rachel Owen (sa compagne actuelle) et se familiarise avec l'informatique et l'électronique.C'est finalement aux côtés d'Ed O'Brien, Phil Selway puis Jonny, le frère de Colin Greenwood, avec qui il forme depuis 1986 le groupe On A Friday, que Thom Yorke trouve sa voie. Ses références musicales incluent Joy Division, Pixies, David Bowie et R.E.M.. En été 1991, ils deviennent Radiohead et enregistrent Drill, démo qui sort en mai 1992. A cette époque, le parolier de Radiohead craint l'échec et la férocité des critiques. Aussi quand « Creep », extrait de leur premier album, est un succès aux Etats-Unis fin 1992, il est difficile de ne pas y voir une forme de catharsis. Or, ce spleen trouve un écho considérable auprès d'une jeunesse en manque de repères. Assailli de questions, effrayé par cette responsabilité soudaine, il décide d'adopter une grande réserve par rapport au public et aux médias.
Souhaitant donner une image moins immature et prouver les capacités du quintet, Thom Yorke précipite l'enregistrement de The Bends leur second album (1995). Il lui permet d'être considéré comme un auteur-compositeur-interprète subtil, inspiré et... fragile : à cette époque, le groupe passe son temps en tournée et la santé du chanteur en pâtit. Il perd régulièrement sa voix puis s'écroule sur scène en novembre 1995 lors d'un concert en Allemagne.Mais ceci n'est rien à côté du raz de marée planétaire que produit le troisième album de Radiohead, OK Computer (1997). Yorke, qui se soucie avant tout de la qualité de la musique du groupe, se révèle peu enclin à jouer le jeu des interviews, alors que chacune de leurs apparitions est un évènement. Il écrit et compose sans arrêt et se tourne vers le bouddhisme. Il se produit d'ailleurs sur scène lors du Tibetan Freedom Festival aux Etats-Unis en 1998 et 1999 et veille à ce que son image publique ne soit utilisée qu'en soutien des causes sociales, écologiques et politiques qu'il défend.
Radiohead aborde ensuite un virage électro et expérimental avec Kid A et Amnesiac, deux albums complexes et fascinants, puis Hail to the Thief qui clôt leur contrat avec EMI. Après avoir collaboré avec PJ Harvey et Björk (deux duos en 2000 et 2001) Thom Yorke travaille sur un album solo majoritairement électronique aux côtés de Nigel Godrich, producteur de Radiohead.The Eraser, sorti en 2006 sur le label indépendant XL Recordings, comprend neuf titres compilés sur plusieurs années et enregistrés avec l'aval des autres membres de Radiohead. Les paroles moins obliques et surréalistes que sur les albums du groupe, évoquent la fin d'un monde rendu fou par la main de l'homme. L'illustration explicite est réalisée par Stanley Donwood, à qui l'on lui doit les pochettes des albums de Radiohead depuis 1994. Dès sa sortie en juillet 2006, l'album reçoit un accueil très favorable aux Etats-Unis et en Angleterre bien que la simplicité des compositions et l'intérêt personnel de l'entreprise ne permette en aucun cas de le comparer à un album de Radiohead.
Il y avait fort à parier que le frêle et bouillonnant artiste ne se contente pas d'un seul voyage en solitaire. C'est ce qui survient peu de temps après, en 2009, avec la constitution du groupe Atoms for Peace auquel sont conviés le bassiste de Red Hot Chili Peppers, Flea, le batteur Joey Waronker, son homologue percussionniste Mauro Refosco et le fidèle producteur Nigel Godrich, également musicien. L'album électro-rock AMOK qui découle de longues séances en studio paraît en mars 2013. La tournée qui suit a valeur d'événement, comme à chaque apparition du leader de Radiohead.
Le 26 septembre 2014 et malgré quelques indices disséminés sur internet, c'est à la surprise générale queTomorrow's Modern Boxes, voit le jour. Produit par Nigel Godrich et comportant huit titres dont « A Brain in a Bottle », également proposé séparément, le deuxième album personnel du chanteur est distribué exclusivement via la plateforme de téléchargement BitTorrent. Une édition vinyle à tirage limité et au conditionnement sophistiqué suit le 15 décembre 2014.
En 2016, il retrouve ses camarades de Radiohead pour l'album surprise A Moon Shaped Pool, paru cette année-là et suivi d'une tournée. Contacté par le réalisateur Luca Guadagnino qui souhaite faire une nouvelle version du film Suspiria (1977) de Dario Argento, Thom Yorke s'attelle à la composition de sa première bande originale, publiée en octobre 2018.
