Thomas Vermaelen a belgiumi Kapellenben látta meg a napvilágot, 1985. november 14-én.

Karrierjét 1996-ban kezdte el, a hazai Germinal Ekeren együttesében, amely csapat hamarosan a Germinal Beerschoft nevet vette fel.

2004-ben innen igazolt a holland Ajax együtteséhez, ahol 2004. február 15-én mutatkozhatott be az FC Volendam együttesében, ezen a meccsen 2-0-ra győztek.

Annak ellenére, hogy az Ajax később a holland bajnokság győzetese lett ugyenebben az idényben, Vermaelen mindösszesen csak azon az egy mérkőzésen játszhatott.

A 2004/05-ös szezonban az egyesület végül az RKC Waalwijk csapathoz küldte kölcsönbe, s bár nem volt stabil kezdőjátékos, 13-szor léphetett pályára, amelyeken két gólt szerzett.

Ez a teljesítmény már elég volt az áttöréshez az Ajaxnál, amellyel a következő szezonban megnyerték a Holland Kupát is, majd teljesítménye révén meghívót kapott a belga nemzeti válogatottba is.

Az Ajax folyamatosan adta el a játékosait a támadó szekcióból és védelemből is egyaránt, így történhetett meg az, hogy 2008-tól Vermaelen lett a csapatkapitány és eredeti posztjáról (középhátvéd) a védelem bal oldalára került. Vermaelen folyamatosan klasszis teljesítményt nyújtott, így 2009. június 19.-én az Arsenal leigazolta, 5 éves szerződést ajánlva.

Vermaelen nem kis feladatot kapott az Arsenalnál, ugyanis neki kellett betölteni a Kolo Toure távozása után keletkezett helyet. Vermaelen társa Gallas volt a védelemben.

Az Everton ellen debütálhatott és az első Ágyús meccsén gólt is szerzett. A szezon további részében egyre fontosabb tagja lett a csapatnak, emellett számos gólt is lőtt. Első szezonjában 45 meccset játszott és 8 gólt lőtt. Előtte soha egyetlen védő sem volt ilyen gólerős első szezonjában. Elnyerte az Év Belga Játékosa díjat és nevezték az Év PL Csapatába is.

A 2010-2011-es szezon szerencsétlenül kezdődött számára, ugyanis egy válogatottban összeszedett achilles sérülés egészen márciusig harcképtelenné tette.

2011 nyarán az akkori csapatkapitány, Cesc Fabregas távozott, az új kapitány van Persie lett, a helyettese pedig Vermaelen. Szeptemberben újabb achilles sérülést szenvedett, így 6 hetet volt kénytelen kihagyni. Októberben további 4 évvel hosszabbította meg a szerződését a csapattal.

2012 elején a védelemben egyre több ember tért vissza a sérüléséből, így a bal védő posztról visszakerült eredeti helyére középre, ahol a kiválóan teljesítő Koscielny volt a párja. Vermaelen a szezon végéig számos gólt szerzett és újra a sérülése előtti formájában játszott.

Válogatott:

Vermaelen játszott az U21-es és az U23-as belga válogatottban is, mielőtt a felnőtt csapathoz került, ahol 20 évesen debütált. Hazája nemzeti csapatának alapembere. Belgiumban kora egyik legjobb védőjének tekintik.