Thomas Heise wurde am 22. August 1955 in Ost-Berlin geboren. Nach einer Lehre als Drucker arbeitete er ab 1975 als Regieassistent im DEFA-Studio für Spielfilme. 1978 nahm Heise ein Regiestudium an der Hochschule für Film und Fernsehen „Konrad Wolf“ in Potsdam-Babelsberg auf. Dort geriet er jedoch bald mit der Zensur in Konflikt: Sein Dokumentarfilm „Wozu denn über diese Leute einen Film?“ (DDR 1980), über den Alltag zweier junger Kleinkrimineller, erhielt ein umgehendes Aufführungsverbot. 1982 brach Heise das Studium ab und begann, als freier Autor und Regisseur zu arbeiten.
Unter anderem drehte er „Das Haus“ (1984) und „Volkspolizei“ (1985). Bis zum Ende der DDR arbeitete Heise auch an eigenen Projekten, die jedoch durch „operative Mittel“ blockiert, eingezogen oder zerstört wurden. Ein künstlerisches Zuhause fand er in der DDR am Theater, speziell am Berliner Ensemble, wo er eng mit Heiner Müller und Fritz Marquardt zusammenarbeitete. Außerdem machte er von 1987 bis 1990 seinen Magister an der Berliner Akademie der Künste. Der große Durchbruch als Filmemacher kam für Thomas Heise erst nach dem Ende der DDR. Sein Film „Stau – Jetzt geht’s los“ (1992) über die rechtsradikale Jugendszene in Halle an der Saale gewann den Hauptpreis beim Dokumentarfilmfestival Duisburg und wurde mit dem Preis der deutschen Filmkritik ausgezeichnet. „Barluschke“ (1997) erhielt die Silberne Taube beim DOK Festival Leipzig.
Für „Neustadt. Stau – Der Stand der Ding“ (2000), in dem er erneut die rechtsextremen Jugendlichen und ihre Familien in Halle-Neustadt besuchte, erhielt Heise den Preis der deutschen Filmkritik für den Besten Dokumentarfilm. 2002 wurde er von der DEFA-Stiftung mit dem Preis zur Förderung der deutschen Filmkunst geehrt. „Vaterland“ (2002), ein Porträt des sachsen-anhaltischen Dorfes Straguth, wurde mit der Silbernen Taube beim Festival Dok Leipzig ausgezeichnet und gewann beim Festival Visions du Réel in Nyon den Preis der SRG SSR idée suisse. „Mein Bruder. We’ll meet again“ lief im Forum der Berlinale 2005. Eine dritte Silberne Taube erhielt er für „Kinder. Wie die Zeit vergeht“ (2007); darüber hinaus erhielt der Film eine Nominierung für den Europäischen Filmpreis. Im Forum der Berlinale 2009 wurde „Material“ uraufgeführt, eine Sammlung von Beobachtungen und fragmentarischen Dokumentarszenen, aufgenommen zwischen 1988 in der DDR und dem Jahr 2008 in Deutschland.
„Material“ bildete gewissermaßen den Abschluss einer Schaffensperiode, denn in seinen folgenden Filmen erweiterte Heise sein Themenspektrum sehr deutlich: „Sonnensystem“ (2011) porträtiert das Leben einer vom Verschwinden bedrohten indigenen Gemeinschaft in den Bergen Nordargentiniens; „Gegenwart“ (2012) schildert den Alltag in einem Krematorium zwischen Heiligabend und Neujahr; DIE LAGE (2012) dokumentiert den Besuch von Papst Benedikt XVI. in Deutschland; „Städtebewohner“ (2014) zeigt den Alltag jugendlicher Gefängnisinsassen in Mexiko-Stadt. Mit „Heimat ist ein Raum aus Zeit“ (2019) realisierte Heise wieder einen sehr persönlichen Film: Anhand von Dokumenten aus seinem Privatarchiv zeichnet er darin die Geschichte seiner Familie nach. Der Film war 2020 als Bester Dokumentarfilm beim Deutschen Filmpreis nominiert. Er wurde auf der Berlinale 2019 uraufgeführt, wo er mit dem Caligari Preis und beim Visions du Réel mit dem Hauptpreis ausgezeichnet wurde.
Thomas Heise lehrte als Professor zunächst an der Staatlichen Hochschule für Gestaltung in Karlsruhe. Später war er auch in Wien an der Akademie der bildenden Künste tätig.
