Thomas Freudenthal macht zunächst eine Schreinerlehre und absolviert ein Architekturstudium, bevor er über die Mitarbeit an Werbefilmproduktionen in die Filmbranche kommt. Zunächst ist er als Assistent tätig, anschließend zeichnet er auch in leitender Position für die Gestaltung von Werbefilmproduktionen verantwortlich. Nach mehr als Hundert Werbefilmbauten wechselt Freudenthal ins Spielfilm- und TV-Film-Fach. Sein Debüt als Szenenbildner gibt er mit Nico Hofmanns Thriller "Der Sandmann" (1995) mit Götz George.

In den Folgejahren arbeitet Freudenthal gleichermaßen fürs Kino und fürs Fernsehen. Daneben unterrichtet er seit 1997 an der Filmakademie Ludwigsburg und der Universität Hamburg Szenenbild und Filmausstattung. Zu seiner Filmografie gehören unter anderem Krimi-Serien wie "Tatort" und "Bella Block" und Kinofilme wie "Solo für Klarinette" (1998) und "Bella Martha" (2001). Er sorgt auch für die Ausstattung der frühmittelalterlichen Welt von Sven Unterwaldts "Siegfried" (2005), erweckt für Hermine Huntgeburths Fontane-Verfilmung "Effi Briest" (2009) das ausgehende 19. Jahrhundert zum Leben und folgt der von Heike Makatsch verkörperten Schauspielerin Hildegard Knef in Kai Wessels Biopic "Hilde" (2009) von 1930 bis 1960 gestalterisch durch die Jahrzehnte.

Für "Hilde" wird der in Hamburg lebende Thomas Freudenthal 2010 in der Kategorie "Bestes Szenenbild" für den Deutschen Filmpreis nominiert.