Томас родился в Фуэнльяне, Испания, в 1488 году и провел свое детство в Виллануэва-де-лос-Младентес, от которого и получил свою фамилию. Его родители, мельники, были известны своими благотворительными актами, что оказало глубокое влияние на Томаса с ранних лет. Он получил высшее образование в университете Алькала, где преуспел, получив степень по теологии и став популярным профессором философии, искусств и логики. Несмотря на успехи в учебе, он отказался от престижной профессорской должности в университете Саламанки, решив вместо этого присоединиться к монахам-августинцам в Саламанке в 1516 году, исповедовав свои обеты в 1517 году и будучи рукоположенным в священники в 1518 году.

Он сыграл важную роль в отправке первых миссионеров-августинцев в Новый Свет, а именно в Мексику, в 1533 году, способствуя развитию как учебы, так и миссий в ордене. В 1544 году, после первоначального отказа от архиепископства Гранады, Томас был выдвинут на пост архиепископа Валенсии. Он неохотно принял эту должность в 1545 году.

Он создал программы, в рамках которых средства богатых поддерживали бедных, а свой собственный дом превратил в столовую и приют, ежедневно кормя сотни людей.

Томас умер 8 сентября 1555 года в Валенсии в возрасте 67 лет, заболев стенокардией. Он был канонизирован папой Александром VII 1 ноября 1658 года. Его литургический праздник отмечается 22 сентября. Святой Фома Виллановский является покровителем университета Вилланова в Пенсильвании, а также других учебных заведений и приходов, названных в его честь.