Artista plástico, arquitecto y teórico, Tomás Maldonado estudió en la Escuela de Bellas Artes e inició la carrera artística en su ciudad natal. En 1944 participó, con Alfredo Hlito y Claudio Girola, entre otros, en la revista Arturo, cuya tapa del único número publicado, un agresivo dibujo automático en blanco sobre rojo, fue realizada por él. En 1945 se convirtió en cofundador de la Asociación Arte Concreto-Invención. En la primera exposición organizada por la Asociación, en 1946, redactó, junto con su hermano Edgar Bayley, el Manifiesto invencionista. En 1948 viajó a Europa, donde conoció al artista suizo Max Bill, con quien mantuvo una estrecha colaboración.
En 1951, tras desvincularse del Partido Comunista debido a una polémica sobre la función del arte y la noción de revolución, fundó, con Hlito y Jorge Grisetti, la revista Nueva Visión –espacio de debate de la vanguardia modernista en la Argentina–, de la que fue director. También en la década de 1950 estrechó sus contactos con el grupo concretista brasileño. Sus preocupaciones teóricas lo condujeron finalmente hacia la arquitectura y el diseño industrial, haciendo que abandonara su carrera de pintor.
En 1954, por invitación de Max Bill, partió para enseñar en Alemania, en la Hochschule für Gestaltung, en la ciudad de Ulm, donde inició una prolífica carrera académica que culminó en la rectoría de la universidad de aquella ciudad, cargo que ocupó hasta 1966. En 1965 dictó clases también en el Royal College of Arts de Londres. En 1966 partió hacia los Estados Unidos, donde trabajó hasta 1970 en la Universidad de Princeton. Debido a su actuación en el área del diseño industrial fue premiado por la Society of Industrial Artists and Designers de Inglaterra, en 1968. Sobre esta disciplina dictó cursos en la Universidad de Bolonia (Italia) entre 1976 y 1984. De 1977 a 1981 dirigió la revista de arquitectura Casabella .
En 1981, Maldonado dictó clases en la Universidad Politécnica de Milán, y en 1994 la Universidad de La Plata, en la Argentina, le otorgó el título de doctor honoris causa; distinción que también le fue concedida, en 2001, por la Universidad Politécnica de Milán, por la Universidad Nacional de Córdoba (UNC) y por la Universidad de Buenos Aires. En 1998 recibió la medalla de oro y el diploma de primera clase del gobierno italiano. Publicó diversos libros sobre arquitectura, arte y diseño industrial, así como sobre el rol de los intelectuales y acerca de cuestiones contemporáneas como la informática y la ecología. En 2012, recibió el premio Konex por su trayectoria de relieve en las artes visuales argentinas.