Dieter Thoma pochodzi z rodziny narciarskiej. Jego dziadek Albert był instruktorem i trenerem, ojciec znanym biegaczem, jednak najsławniejszym członkiem rodziny Thomów był Georg, mistrz olimpijski i mistrz świata w kombinacji norweskiej. Sam Dieter zaczął uprawiać skoki narciarskie jako sześciolatek. W 1984 roku, w wieku prawie 15 lat, trafił do niemieckiej kadry C. Jego pierwsze wielkie zawody to Turniej Czterech Skoczni na przełomie 1984 i 1985 roku, na który został wysłany jako najmłodszy zawodnik. Rok później na tychże zawodach zaczęły się pierwsze sukcesy Dietera - w Garmisch-Partenkirchen zajął 11. miejsce.

Mimo wielkiego wrażenia, jakie zrobiły występy debiutanta, wkrótce młody Thoma na jakiś czas zniknął z wielkich zawodów. Trenerzy, nie chcąc marnować talentu, postanowili go nie przeciążać i wysyłali go raczej na imprezy juniorskie. Na MŚ Juniorów w Lake Placid Dieter zdobył indywidualnie 6. miejsce i złoty medal w drużynie. Wkrótce potem odniósł poważną kontuzję, ale leczenie przebiegało bardzo szybko i już w sierpniu normalnie trenował. W sezonie 1986/1987 został po raz pierwszy mistrzem Niemiec i znakomicie rozpoczął TCS. Jednak druga część sezonu nie była udana. Pierwsze zwycięstwo przyszło, gdy miał 19 lat, na zawodach w Thunder Bay. W tymże sezonie wygrał Turniej Czterech Skoczni i został mistrzem świata w lotach. W klasyfikacji generalnej Pucharu Świata zajął 4. miejsce, w kolejnym sezonie - 3. Na MŚ w Val di Fiemme razem z drużyną niemiecką zdobył brązowy medal. Lata 1992 i 1993 były mniej udane. Dietera trapiły drobne choroby i kontuzje. W sumie w ciągu całej swojej kariery przeszedł ośmiokrotnie operacje kolana. Jednak póki co sytuacja nie była poważna. Latem 1993 r. skoczek skoncentrował się na opanowaniu stylu V i już następnej zimy skakał tym stylem.
Na Igrzyskach Olimpijskich w Lillehammer Thoma zdobył złoto w drużynie i brąz indywidualnie na skoczni normalnej. Także z kolejnych imprez mistrzowskich, od MŚ w lotach po kolejną olimpiadę, wracał z medalami.
Niestety obok tych wspaniałych sukcesów cały czas istniały problemy zdrowotne. Ostatecznie podczas zawodów Letniego Grand Prix w 1999 r. Dieter Thoma ogłosił zakończenie kariery. Nie zerwał jednak ze skokami - od stycznia 2000 roku związał się ze stacją telewizyjną RTL. Obecnie razem z Güntherem Jauchem prowadzi bardzo pozytywnie oceniane transmisje z zawodów PŚ.
Prywatnie Dieter jest od 1995 roku mężem Maueli, którą poznał trzy lata wcześniej podczas konferencji prasowej (późniejsza pani Thoma pracowała wtedy w firmie reklamowej). Mają dwoje dzieci. Jego najlepszym przyjacielem jest kolega z kadry, Sven Hannawald. Dieter był mu bardzo pomocny, gdy ten po zjednoczeniu Niemiec, jako młody chłopak, przeniósł się do Hinterzarten. Oprócz tego były skoczek prowadzi prężnie rozwijającą się firmę "THOMA Sportevents".