Thomas est née à Columbus, en Géorgie, l’aînée de quatre filles. En 1907, sa famille a déménagé à Washington, D.C., pour échapper à la violence raciale dans le Sud. Bien que ségréguée, la capitale de la nation offrait encore plus d’opportunités aux Afro-Américains que la plupart des villes de ces années-là.
En tant que fille, Thomas rêvait d’être architecte et de construire des ponts, mais il y avait peu de femmes architectes il y a un siècle. Au lieu de cela, elle a fréquenté l’université Howard, devenant son premier diplômé en beaux-arts en 1924. En 1924, Thomas a commencé une carrière de 35 ans en tant que professeur d’art dans un collège de Washington. Elle était dévouée à ses élèves et organisait pour eux des clubs d’art, des conférences et des expositions d’élèves. L’enseignement lui permettait de subvenir à ses besoins tout en poursuivant sa propre peinture à temps partiel.
Les premiers travaux artistiques de Thomas étaient réalistes, bien que son professeur Howard James V. Herring et son pair Loïs Mailou Jones l’aient mise au défi d’expérimenter l’abstraction. Lorsqu’elle a pris sa retraite de l’enseignement et a pu se concentrer sur l’art à plein temps, Thomas a finalement développé son style caractéristique.
Elle a fait ses débuts dans l’abstraction lors d’une exposition à Howard 1966, à l’âge de 75 ans. Les abstractions de Thomas ont été comparées aux mosaïques byzantines, à la technique pointilliste de Georges Seurat et aux peintures de l’école de la couleur de Washington, mais son travail est tout à fait distinctif.
Thomas est devenue un modèle important pour les femmes, les Afro-Américains et les artistes plus âgés. Elle fut la première Afro-Américaine à avoir une exposition personnelle au Whitney Museum of American Art de New York, et elle exposa ses peintures à la Maison Blanche à trois reprises.
Il s’agit de la première femme afro-américaine à avoir une exposition solo à la Maison Blanche.