Dzimis Mančestrāskotu izcelsmes ģimenē. 1870. gadā sāka studijas Ovensa koledžā (nākamajā Mančestras Universitātē). 1876. gadā pārcēlās studēt uz Kembridžas Universitāti. 1880. gadā šeit ieguva bakalaura, bet 1883. gadā — maģistra grādu. 1884. gadā kļuva par Kembridžas Universitātes Lūsijas Kavendišas koledžas fizikas profesoru, nomainot amatā Džonu Stratu. Lielāko mūža daļu strādāja Kembridžas Universitātē. Septiņi Tomsona asistenti un Tomsona dēls Džordžs Tomsons kļuva par Nobela prēmijas laureātiem. No 1915. līdz 1920. gadam Tomsons bija Karaliskās biedrības prezidents. Miris 1940. gadā, apglabāts Vestminsteras abatijā, netālu no Izaka Ņūtona.