Томас Зандерлинг родился в Новосибирске, в семье Курта Зандерлинга – дирижера Симфонического оркестра Ленинградской государственной филармонии. Окончил Среднюю специальную музыкальную школу при Ленинградской государственной консерватории им. Н.А. Римского-Корсакова и Берлинскую высшую школу музыки им. Ханса Эйслера.
В 24 года стал музыкальным руководителем Оперного театра Галле. В дальнейшем дирижировал ведущими оркестрами Восточной Германии, такими как Дрезденская государственная капелла и лейпцигский Гевандхаус-оркестр, и получил приз берлинских критиков за спектакли в Берлинской комической опере. Был ассистентом Герберта фон Караяна и Леонарда Бернстайна.
В 1980-е годы стал постоянным приглашенным дирижером Берлинской государственной оперы и дебютировал в Венской государственной опере. Сотрудничал с Шотландским симфоническим оркестром Би-би-си, Балтиморским симфоническим оркестром, Симфоническим оркестром Баварского радио, Немецким симфоническим оркестром Берлина, Дрезденским филармоническим оркестром, берлинским Концертхаус-оркестром, Лондонским филармоническим оркестром, Симфоническим оркестром Северогерманского радио и лондонским оркестром «Филармония» и другими коллективами.
Как дирижер Симфонического оркестра Осаки дважды удостаивался Гран-при критиков Осаки и получил пожизненный титул почетного музыкального руководителя коллектива.
В течение многих лет общался с Шостаковичем и исполнял его музыку. Впервые встретился с композитором во время дебютного выступления с Государственным академическим симфоническим оркестром СССР в Москве. После этого Шостакович доверил Зандерлингу перевести на немецкий язык тексты его симфоний № 13 и № 14 и продирижировать премьерами сочинений в Германии. Также Зандерлинг осуществил премьерную запись сюиты «Сонеты Микеланджело Буонаротти» Шостаковича и дирижировал премьерами его циклов «Шесть песен на стихи английских поэтов» и «Восемь английских и американских народных песен». Эти циклы были записаны во время концерта и изданы на лейбле Orfeo в 2012 году. По инициативе вдовы композитора, Ирины Шостакович, сделал итальянскую версию «Сонетов Микеланджело Буонаротти».
Выступал как дирижер в Венской государственной опере, берлинской Дойче-опер, Баварской государственной опере, Гамбургской государственной опере, Большом театре России, Мариинском театре, Королевском театре Дании, Финской национальной опере, театре Ла Фениче и Опере Ниццы.
Сотрудничает со звукозаписывающими компаниями Deutsche Grammophon, Sony Classical, Naxos, BIS, Chandos, Audite и Berlin Classics. За свои записи неоднократно получал Каннскую премию в области классической музыки. Лауреат премии INMA и номинант на премию «Грэмми».
В 2007 году стал главным приглашенным дирижером Новосибирского симфонического оркестра, а с августа 2017-го по март 2022 года являлся главным дирижером и художественным руководителем коллектива.
Среди недавних событий — специальный концерт с Немецким симфоническим оркестром в Берлине 6 октября 2021 года; нашумевшая запись Стравинского и Сибелиуса для Accentus с оркестром Philharmonia; сотрудничество с Саксонской государственной капеллой и берлинским Концертхаус-оркестром. Весной 2022 года Зандерлинг дирижировал Дортмунским филармоническим оркестром, Эстонским национальным симфоническим оркестром, Государственным оркестром Саарленда и специальным телевизионным концертом для Украины с Загребским филармоническим оркестром (Реквием Верди).
