Thomas Ostermeier est né à Soltau en Allemagne en 1968 et passe sa jeunesse à Landshut. De 1992 à 1996, il fait des études de mise en scène à l’école supérieure d’Art dramatique Ernst Busch de Berlin.

De 1990 à 1991, il participe en tant que comédien à un atelier sur Faust d’Einar Schleef à l´école supérieure des Beaux-Arts de Berlin (Hochschule der Künste). De 1993 à 1994, il est assistant à la mise en scène et comédien chez Manfred Karge à Weimar ainsi qu’au sein du Berliner Ensemble. Puis en 1995, il met en scène Die Unbekannte (L’Inconnue) d’Alexander Block d’après la biomécanique de Meyerhold. En 1996, il met en scène pour son diplôme de fin d’études Recherche Faust/Artaud au Théâtre Bat.

De 1996 à 1999, il est metteur en scène et directeur artistique de la Baracke au Deutsches Theater de Berlin, où il monte de nombreuses pièces : Fette Männer im Rock (1996), Messer in Hennen (Des Couteaux dans les poules) (1997), pour laquelle il est invité au Theatertreffen de Berlin, Mann ist Mann (Homme pour Homme) (1997), Suzuki (1997), Shoppen & Ficken (également invité au Theatertreffen de Berlin en 1998), Unter der Gürtellinie (Sous la ceinture) (1998) et Der blaue Vogel (L´Oiseau bleu) (1999). En 1998, la Baracke est primée « Théâtre de l’année ».

En 1998 et 1999, Ostermeier est metteur en scène invité au Schauspielhaus d´Hambourg, où il met en scène Disco Pigs et Feuergesicht (Visage de feu). Suzuki II d’Alexej Schipenko marquera la fin de l’ère de la Baracke.

Depuis septembre 1999, il est membre de la direction artistique et metteur en scène à la Schaubühne de Berlin. Il y a monté Personenkreis 3.1 de Lars Norén, Gier (Manque) de Sarah Kane, Parasiten de Marius von Mayenburg, une coproduction avec le Schauspielhaus d´Hambourg, Der Name (Le Nom) de Jon Fosse, en coproduction avec les Festspielen de Salzbourg, Das ist ein Stuhl de Caryl Churchill, Dantons Tod (La Mort de Danton) de Georg Büchner, Supermarket de Biljana Srbljanovic, en coproduction avec les Wiener Festwochen, Goldene Zeiten (Les Jours meilleurs) de Richard Dresser, Nora (Maison de poupée) de Henrik Ibsen (invitation au Theatertreffen de Berlin en 2004), Wunschkonzert de Franz Xaver Kroetz, Woyzeck de Georg Büchner, Der Würgeengel (L´Ange exterminateur) de Karst Woudstra, Lulu de Franz Wedekind, Eldorado (Première) de Marius von Mayenburg et Zerbombt (Anéantis) de Sarah Kane.

Par ailleurs, il a mis en scène Der starke Stamm (La Forte Race) de Marieluise Fleißer au Kammerspiele de Munich (pièce jouée à la Schaubühne de Berlin en octobre 2003), The Girl on the Sofa (La Fille sur le canapé) de Jon Fosse au festival d´Edinburgh et a monté Baumeister Solness (Solness le constructeur) de Henrik Ibsen pour le Burgtheater de Vienne. En 2006, il monte Ein Sommernachtstraum de Shakespeare, chorégraphie de Constanza Macras.

En 2009, Thomas Ostermeier est nommé Officier des Arts et des Lettres par le Ministre français de la Culture.

En 2011, il s’est vu attribuer le Lion d’or de la Biennale de Venise pour l’ensemble de sa carrière. Il a reçu, la même année, le prix Friedrich-Luft de la meilleure pièce pour Mesure pour mesure de William Shakespeare. Au Chili, sa mise en scène de Hamlet de William Shakespeare a reçu le prix de la critique en tant que meilleure production internationale en 2011 et en Turquie, elle a été couronnée l’année suivante du Prix Honorifique du 18ème Festival international de théâtre d’Istanbul.

En 2012, il met en scène Hedda Gabler d'Henrik Ibsen au Théâtre des Gémeaux et en 2013, Les Revenants du même auteur au Théâtre Nanterre-Amandiers.