Thomas Lüthi debutó en el Campeonato del Mundo en 2002, aunque 2003 fue su primera temporada completa, consiguiendo su primer podio en el GP de Catalunya. En 2005 emergía como uno de los pilotos más fuertes y acababa consiguiendo el título de 125cc tras sumar 4 victorias y 8 podios. Después de un intento de revalidar la corona, frustrado por las lesiones, Lüthi dio el salto a 250cc en 2007. Se estrenó en el podio un año después, en su segunda campaña en la categoría. Cuarto en el primer Campeonato del Mundo de Moto2™ en 2010, el suizo conseguiría su primera victoria en la categoría en el GP de Malasia 2011. Uno de los más veteranos de la categoría intermedia, firmó su mejor campaña en 2016 al finalizar en segunda posición. En 2017 luchó por el título hasta la penúltima carrera del Mundial en Malasia, donde una caída en la clasificatoria le apartó de poder luchar en carrera. En 2018 debutó en MotoGP™ con el EG 0,0 Marc VDS, pero su experiencia no fue todo lo satisfactoria que cabría esperar y en 2019 regresó a la categoría intermedia de la mano del Dynavolt Intact GP para tratar de conseguir un título que se le ha resistido hasta el momento. Su victoria en Austin y otros 7 podios no bastaron para lograr el título, aunque finalizó 3º en la general. Tras un 2020 bastante irregular sin ningún podio en su casillero, para 2021 buscará un cambio de rumbo tras firmar por el Onexox TKKR SAG Team.