Niño prodigio, hijo de un violinista de Metz, Jean-Baptiste-Martin Thomas, y de una cantante, Ambroise Thomas estudió música con su padre al tiempo que el alfabeto, practicando el piano y el violín. Su padre murió en 1823, dejando la familia sin recursos. La viuda se instaló en París en 1827 y, al año siguiente, Ambrosio ingresó en el Conservatorio de París, donde fue alumno de Zimmermann, doulas, Barbereau y Lesueur en composición y de Kalkbrenner en piano. Ganó el primer premio de piano en 1829, el primer premio de armonía en 1830 y, después de una tentativa infructuosa en 1831, el Premio de Roma en 1832 con la cantata Herman et Ketty.
Aparte de sus óperas, Ambroise Thomas compuso también algunas piezas de música sacra, instrumental y sinfónica.