Nacido en Zúrich, Suiza, sus padres eran el director Wolfgang Langhoff y su esposa, Renate, que vivían exiliados en Suiza.
Finalizada la Segunda Guerra Mundial, la familia Langhoff volvió a Alemania y, a partir de 1948, Thomas Langhoff vivió en Berlín.
Como actor, fue contratado en el período de 1963 a 1971 para trabajar en el Teatro Hans Otto de Potsdam, pasando después a la televisión de Alemania Oriental.
Tras la reunificación alemana se hizo cargo, en 1991, de la dirección del Deutsches Theater de Berlín, siendo el local elegido por la crítica en su primera temporada como Teatro del Año.
Thomas Langhoff falleció en Berlín, Alemania, en 2012.