Avant de rejoindre Lotto Soudal en 2015, De Gendt avait déjà remporté de belles victoires d'étape à Paris-Nice et au Tour de Suisse.
Durant le Giro de 2012, De Gendt a remporté l'avant-dernière étape avec l'arrivée au sommet de la mythique ascension du Stelvio après avoir roulé toute la journée dans l'échappée.
De Gendt a également remporté de brillantes victoires sous le maillot de Lotto Soudal. Le spécialiste de l'échappée a remporté la douzième étape du Tour de France 2016 avec une arrivée au sommet du mythique Mont Ventoux.
Depuis qu'il a remporté une étape de la Vuelta en 2017, il a maintenant remporté une étape dans chaque Grand Tour. Thomas a également triomphé à quatre reprises sur la Volta a Catalunya.
De Gendt se concentre souvent sur le classement de la montagne. Il a déjà remporté le maillot de la montagne une fois sur le Tour de Romandie et le Tour Down Under. Sur la Volta a Catalunya et à Paris-Nice, il l'a remporté deux fois. Et à La Vuelta de 2018, il était à nouveau le meilleur grimpeur.