Carlos Tomás era el mayor de los hijos varones y segundo vástago del Príncipe Dominico Marquard, 2.º Príncipe de Löwenstein-Wertheim-Rochefort (1690-1735), y de su esposa Cristina Francisca Polixena (1688-1728), hija del Landgrave Carlos de Hesse-Wanfried con su segunda esposa, la Condesa Juliana Alexandrina de Leiningen-Dagsburg.

Su único vástago e hija Leopoldina (1739-1765) se casó en 1761 con su primo, el Príncipe Carlos Alberto II de Hohenlohe-Waldenburg-Schillingsfürst (1742-1796).

Carlos Tomás estudió en Praga y en París.

A partir de 1735 fue el miembro correspondiente de la Académie française y durante su vida mantuvo una gran biblioteca.

Después de más de cincuenta años como príncipe reinante y sin herederos varones legítimos, Carlos Tomás fue sucedido tras su muerte por su sobrino, Dominico Constantino (1762-1814), hijo de su hermano menor, el Príncipe Teodoro Alejandro de Löwenstein-Wertheim-Rochefort (1722-1780).