Nascido em Fuenllana, Espanha, em 1488, Thomas passou a infância em Villanueva de los Infantes, de onde derivou seu sobrenome. Seus pais, um moleiro, eram conhecidos por seus atos de caridade, que influenciaram profundamente Thomas desde muito jovem. Ele cursou uma educação superior na Universidade de Alcalá, onde se destacou, obtendo um diploma em Teologia e se tornando um popular professor de filosofia, artes e lógica. Apesar de seu sucesso acadêmico, ele recusou um cargo de professor de prestígio na Universidade de Salamanca, optando por se juntar aos frades agostinianos em Salamanca em 1516, professando seus votos em 1517 e sendo ordenado sacerdote em 1518.

Ele foi fundamental no envio dos primeiros missionários agostinianos ao Novo Mundo, especificamente ao México, em 1533, promovendo estudos e missões dentro da Ordem. Em 1544, depois de inicialmente recusar o arcebispado de Granada, Thomas foi nomeado arcebispo de Valência. Ele aceitou o cargo com relutância em 1545.

Ele estabeleceu programas em que os fundos dos ricos apoiariam os pobres e transformou sua própria casa em um refeitório e abrigo, alimentando centenas diariamente.

Thomas morreu em 8 de setembro de 1555, em Valência, aos 67 anos, após sofrer de angina. Ele foi canonizado pelo Papa Alexandre VII em 1º de novembro de 1658. Sua festa litúrgica é celebrada em 22 de setembro. São Tomás de Villanova é o santo padroeiro da Universidade Villanova, na Pensilvânia, entre outras instituições educacionais e

paróquias nomeadas em sua homenagem.