Né le 18 septembre 1979 à Pontypridd, dans le Glamorgan gallois, Rhys Thomas débute sa carrière comme acteur dans des séries comiques britanniques telles que Nathan Barley, avant de rejoindre en 2005 l'équipe de Saturday Night Live comme producteur de l'unité film, chargé de superviser courts métrages et parodies diffusés durant l'émission. À partir de 2010, il passe à la réalisation, mettant en scène de nombreux clips musicaux et parodies publicitaires pour le programme, tout en dirigeant le générique d'ouverture de la série de 2012 à 2018, ce qui lui vaut un Emmy Award en 2015 pour son travail sur le Saturday Night Live 40th Anniversary Special. En 2012, il réalise le documentaire Freddie Mercury: The Great Pretender, salué d'une nomination au BAFTA Breakthrough Talent. En 2015, il cocrée avec Fred Armisen, Bill Hader et Seth Meyers la série satirique Documentary Now!, qu'il coréalise et coécrit sur quatre saisons, obtenant une nomination à l'Emmy du meilleur réalisateur pour une émission de variétés en 2019. Il élargit ensuite son répertoire avec la série de comédie satirique Comrade Detective (2017) puis rejoint l'univers Marvel en 2021 comme réalisateur principal de la mini-série Disney+ Hawkeye.
Son passage prolongé par l'unité film de Saturday Night Live, où il supervise et réalise plus d'une centaine de courts métrages, façonne durablement son sens du sketch et de la parodie visuelle. Sa collaboration créative avec Fred Armisen et Bill Hader, deux anciens de SNL avec qui il partage une même sensibilité comique, nourrit directement la conception de Documentary Now!, série qui détourne avec précision les codes du documentaire. Sa complicité avec l'humoriste John Mulaney, avec lequel il réalise un spécial stand-up nommé aux Emmy, témoigne également de son goût pour une mise en scène cinématographique appliquée à la comédie de performance.
Thomas développe une approche élevée et cinématographique de l'absurde, capable de transformer des parodies en véritables reconstitutions formelles précises, qu'il s'agisse de styles documentaires ou de genres cinématographiques spécifiques dans Documentary Now!. Sa mise en scène, héritée de son expérience du format court à Saturday Night Live, privilégie l'efficacité et la précision référentielle, chaque épisode de sa série culte reproduisant fidèlement l'esthétique d'un film ou d'un cinéaste précis. Il sait également s'adapter à des productions de plus grande ampleur, comme la mini-série Marvel Hawkeye, sans renoncer à son sens de l'humour et à sa rigueur visuelle.
Rhys Thomas remporte un Primetime Emmy Award du meilleur programme spécial de variétés en 2015 pour le Saturday Night Live 40th Anniversary Special. Il est nommé au Primetime Emmy Award du meilleur réalisateur pour une émission de variétés en 2019 pour Documentary Now!, et au BAFTA Breakthrough Talent en 2013 pour Freddie Mercury: The Great Pretender. En 2023, il remporte un prix de la Royal Television Society du meilleur programme pour enfants pour Dodger.
Fred Armisen et Bill Hader, cocréateurs de Documentary Now!, constituent ses collaborateurs les plus constants sur le versant comique de sa carrière. L'humoriste John Mulaney, avec qui il réalise un spécial Netflix nommé aux Emmy, et l'actrice Helen Mirren, qu'il convainc de présenter chaque épisode de sa série culte, comptent également parmi ses partenaires créatifs marquants.
La parodie précise et référentielle de formats cinématographiques et documentaires établis constitue le fil conducteur le plus identifiable de son œuvre, en particulier à travers Documentary Now!. L'absurde traité avec un sérieux formel assumé, qu'il applique aussi bien à la comédie qu'aux productions de plus grande ampleur comme Hawkeye, structure également son travail. Thomas s'intéresse enfin à la reconstitution esthétique méticuleuse, transformant chaque projet en un exercice de style rigoureux au service de l'humour.