Peter Thomas wurde am 1. Dezember 1925 in Breslau geboren und wuchs in Berlin auf. Bereits im Vorschulalter erhielt er Klavierunterricht von seinem Großvater, einem Militärkapellmeister. Als junger Mann war er Organist in der Erlöserkirche in Berlin-Moabit. Nach dem Ende des Zweiten Weltkriegs, während dem er als Soldat in Kriegsgefangenschaft geraten war, kehrte Thomas 1945 nach Berlin zurück. Für seinen Lebensunterhalt trat er als Pianist in den Kasinos und Clubs der Alliierten auf – eine lehrreiche Zeit, da er sich auf Grund des unterschiedlichen Musikgeschmacks russischer, amerikanischer, britischer und französischer Soldaten ein breites Repertoire aneignen musste. 

Von 1949 bis 1953 studierte Thomas am Mohr'schen Konservatorium und bei Hans Felix Husadel in den Fächern Dirigieren, Tonsatz, Kontrapunkt und Blasmusik. Nach seinem Abschluss arbeitete er für verschiedene Theater und volontierte beim RIAS (Rundfunk im amerikanischen Sektor), wo er Arrangements für Hans Carste schrieb. Beim Nordwestdeutschen Rundfunk sammelte er als musikalischer Betreuer der wöchentlichen Radiosendung "Berliner Feuilleton" wichtige Erfahrungen in der Einspielung von Live-Musik. 

Erste Filmerfahrungen sammelte Peter Thomas als Arrangeur von Werner Eisbrenner bei der Romanze "Solange Du da bist" (1953). In dieser Funktion war er (ohne Nennung) auch an Fritz Langs Filmen "Der Tiger von Eschnapur" (1959, Komponist: Michel Michelet) und "Das indische Grabmal" (1959, Komponist: Gerhard Becker) beteiligt.  

Der eigentliche Weg zum Film führte bei Thomas jedoch über das Fernsehen. Ab Mitte der fünfziger Jahre komponierte er die Musik für Fernsehspiele und Mehrteiler; seine bekanntesten Werke dieser frühen Phase sind "Am grünen Strand der Spree" (1960) und der Durbridge-Mehrteiler "Es ist soweit "(1960).  

Zu größerer Bekanntheit gelangte er, als Will Tremper ihn 1960 für sein Regiedebüt "Flucht nach Berlin" engagierte: Für diese Komposition gewann Thomas 1961 den Deutschen Filmpreis. Die gleiche Auszeichnung erhielt er zwei Jahre später für den Tremper-Film "Die endlose Nacht" (1963). 

Daneben schrieb Peter Thomas für den Kinofilm "Die seltsame Gräfin" (1961) seine erste Edgar-Wallace-Musik – und avancierte zum Hauptkomponisten der erfolgreichen Krimireihe: Insgesamt zeichnete er bei 18 Wallace-Verfilmungen für die Musik verantwortlich, darunter Klassiker wie "Der Zinker" (1963), "Der Hexer"  (1964) und "Der Bucklige von Soho" (1966). Außerdem schrieb er die Musik zu allen acht Jerry-Cotton-Verfilmungen der sechziger Jahre, die zwischen 1965 ("Schüsse aus dem Geigenkasten") und 1969 ("Todesschüsse am Broadway") entstanden – meist unter der Regie von Harald Reinl, mit dem Thomas schon bei dessen Wallace-Verfilmungen zusammengearbeitet hatte. Zu diesem Werkkomplex schrieb die Journalistin Anke Schipp 2020 in der FAZ: "Er prägte den Stil der Krimireihen der fünfziger und sechziger Jahre, die nicht wie heute mit minimalistischen Tönen am Klavier, sondern temporeich und jazzig untermalt wurden." Und weiter: "Seine Musik holte das beste heraus aus Drehbüchern, deren Handlung mitunter dünn war." 

Peter Thomas' berühmteste Komposition entstand jedoch fürs Fernsehen: für die Musik zu der Science-Fiction-Serie "Raumpatrouille Orion" (1966) verband er Elemente aus Beatmusik, Jazz, Klassischer Musik und Zwölftonmusik mit elektronischen Sounds. "Die Produzenten der Serie fanden die Musik 'etwas strange', wohl weil sie ihrer Zeit voraus war", so Anke Schipp, "Das lag auch an dem 'Thowiephon' – einem Synthesizer mit zwölf Generatoren, den der Komponist mit einem Ingenieur entwickelt hatte und der heute im Deutschen Museum steht". "Raumpatrouille Orion" avancierte zur Kultserie – und damit auch Thomas' Titelmelodie. Über die Jahrzehnte hinweg wurde sie ungezählte Male gecovert und gesampelt; es gab diverse Remixe und zu guter Letzt sogar einen Handy-Klingelton.  

Weitere Fernsehmusiken schrieb Thomas (unter anderem) für zahlreiche Folgen von "Der Kommissar" (1969-74). Ein enormer Erfolg wurde dabei der von ihm geschriebene Song "Du lebst in deiner Welt" aus der Folge "Als die Blumen Trauer trugen" (1971): Die Single verkaufte sich über 500.000 Mal und stand vier Wochen lang auf Platz 1 der deutschen Charts. 

Wichtige Kinoarbeiten seiner Laufbahn waren Will Trempers improvisierte Berliner Society-Studie "Playgirl" (1966), Wolfgang Staudtes Gaunerkomödie "Die Herren mit der weißen Weste" (1970) und das Heinz-Erhardt-Vehikel "Unser Willi ist der Beste" (1971). Er schrieb die Musik für die europäische Fassung des Bruce-Lee-Klassikers "Tangshan daxiong" ("Die Todesfaust des Cheng Li", HK 1971), für die Ernst-Hofbauer-Werke "Erotik im Beruf - Was jeder Personalchef gern verschweigt" (1971) und "Urlaubsreport - Worüber Reiseleiter nicht sprechen dürfen" (1971) sowie für Alfred Vohrers Kästner-Verfilmung "Drei Männer im Schnee" (1974) mit Roberto Blanco, Klaus Schwarzkopf und Thomas Fritsch in den Hauptrollen.  

In der zweiten Hälfte der siebziger Jahre arbeitete Thomas dann kaum mehr fürs Kino. Dafür war er im Fernsehbereich umso produktiver. So schrieb er unter anderem die Musik zu zahlreichen Folgen der Serien "Derrick" (1974-77) und "Notarztwagen 7" (1976). Für die Serie "Der Alte" (1977) komponierte er die Titelmusik der ersten 100 Folgen sowie die Musik einzelner Episoden. Auch die Titelmelodie der ab 1974 ausgestrahlten Quizsendung "Der große Preis" stammte von Thomas. Seine für 20 Jahre letzte Filmmusik komponierte er für den Kriegsfilm "Steiner - Das Eiserne Kreuz. 2. Teil" (1979) mit Richard Burton in der Titelrolle. 

In den achtziger Jahren arbeitete Thomas ausschließlich fürs Fernsehen – aber auch das immer seltener. Er schrieb die Musik der Serien "Mein Freund Winnetou" (1980), "Café Wernicke" (1980-81) und "Die Laurents" (1981). Fernsehspielarbeiten waren die Krimikomödie "Gauner im Paradies" (1985) mit Armin Mueller-Stahl und das Drama "Friedenspolka" (1987). In den Neunzigern schrieb er nur noch zwei Fernsehmusiken, für die Tragikomödie "Ewald - rund um die Uhr" (1990) und Franz Antels Familienfilm "Mein Freund, der Lipizzaner" (AT 1994). Für die Komödie "Tach, Herr Dokter!" (1999) komponierte Peter Thomas seine letzte Kinomusik. 

Seine letzten Fernseharbeiten waren die Agentenkomödie "008 - Agent wider Willen" (2000) und "Ein Leben wie im Flug" (2007), ein Show-Special zum 80. Geburtstag von Joachim 'Blacky' Fuchsberger. Zu diesem Zeitpunkt konnte Thomas auf ein äußerst umfangreiches Gesamtwerk zurückblicken: Seine Filmografie umfasst über 600 Fernsehfilme und Serienfolgen sowie rund 80 Kinoproduktionen. Viele davon wurden als Soundtracks veröffentlicht. 

Am 17. Mai 2020 starb Peter Thomas im Alter von 94 Jahren in seinem Schweizer Wohnort Lugano.