ตามเอกสารประวัติศาสตร์ คาดว่าโบสถ์นักบุญโธมัส ถูกสร้างขึ้นครั้งแรกใน ค.ศ. 1212 ด้วยสถาปัตยกรรมยุค Romanesque ออกแบบโดยมาร์กราเฟ ดีตริช (Margrave Dietrich) เพื่อเป็นอารามของคณะออกัสติเนียน ต่อมาใน ค.ศ. 1355 จึงได้มีการบูรณะตัวโบสถ์ให้ทันสมัยขึ้นด้วยสถาปัตยกรรมกอทิก ปัจจุบันยังคงหลงเหลือรูปแบบสถาปัตยกรรมดังกล่าวในบริเวณที่เป็นหน้าต่างทางทิศเหนือของโบสถ์ และบริเวณพื้นชั้นล่างของหอคอย[1]:2

ในยุคศตวรรษที่ 15 อุตสาหกรรมเหมือง แร่เงิน ทางด้านใต้ของเมืองไลพ์ซิช สร้างรายได้ให้แก่ชาวเมืองอย่างมาก โบสถ์แห่งนี้จึงได้รับการบูรณะใหม่ โดยขยายขนาดให้โอ่โถงยิ่งขึ้น โถงห้องประชุมใหญ่ถูกออกแบบโดยสถาปัตยกรรมแบบโกธิคยุคปลาย ซึ่งเป็นต้นแบบของโบสถ์นักบุญโธมัสที่เห็นในปัจจุบัน โดยการบูรณะตัวโถงห้องประชุมแล้วเสร็จในปี ค.ศ. 1496 ยกเว้นส่วนหอคอยซึ่งมีความสูงถึง 68 เมตร ใช้เวลาในการสร้างยาวนาน แล้วเสร็จใน ค.ศ. 1702 สถาปัตยกรรมของโบสถ์นักบุญโธมัส ซึ่งโครงสร้างหลักของโบสถ์นักบุญโธมัส ได้คงรูปแบบนี้ตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา

การตกแต่งภายในโบสถ์ ได้มีการปรับเปลี่ยนเป็นแบบ Baroque ในช่วง ค.ศ. 1723 - 1750 ซึ่งเป็นช่วงที่โยฮัน เซบัสทีอัน บัค ทำงานเป็นนักดนตรี และนักประพันธ์เพลงที่เมืองไลพ์ซิช และต่อมาในช่วงปลายศตวรรษที่ 19 การตกแต่งภายในจึงได้ถูกปรับเปลี่ยนเป็นแบบ โกธิคยุคใหม่ ใน ตามค่านิยมในยุคนั้น และได้คงรูปแบบดังกล่าวไว้จวบจนปัจจุบัน

ใน ค.ศ. 1539 มาร์ติน ลูเทอร์ นักการปฏิรูปศาสนาฝ่ายโปรเตสแตนต์และผู้ก่อตั้งลูเทอแรน ได้มาเทศนาที่โบสถ์แห่งนี้ ปัจจุบัน โบสถ์นักบุญโธมัสเป็นสถานนมัสการประจำสำหรับคริสเตียนนิกายลูเทอแรน มีรอบนมัสการทุกวันอาทิตย์เวลา 10:00 น.

โยฮัน เซบัสทีอัน บัค ทำงานเป็นนักดนตรี นักประพันธ์เพลง และหัวหน้าคณะนักร้องประสานเสียง ประจำโบสถ์ในเมืองไลพ์ซิช อันได้แก่ โบสถ์นักบุญโธมัส โบสถ์นักบุญนิโคลัส โบสถ์นักบุญเปาโล และโบสถ์โยฮานเนส (โบสถ์แห่งสุดท้ายนี้ถูกทำลายไปตั้งแต่สงครามโลกครั้งที่สอง และยังไม่ได้มีการสร้างสิ่งก่อสร้างใดทดแทนในบริเวณดังกล่าว) ในช่วงระหว่างปี ค.ศ. 1723 จนกระทั่งเสียชีวิตในปี ค.ศ. 1750 เดิมสุสานของเขา ตั้งอยู่ ณ โบสถ์โยฮานเนส เนื่องจากโบสถ์ดังกล่าวถูกระเบิดเสียหายในช่วงสงครามโลกครั้งที่ 2 จึงได้มีการย้ายสุสานของเขามายังโบสถ์นักบุญโธมัสแห่งนี้ในปี ค.ศ. 1950 จนปัจจุบัน ต่อมาในปี ค.ศ. 1908 ได้มีการสร้างอนุสวรีย์ โยฮัน เซบัสทีอัน บัค ตั้งอยู่บริเวณทิศใต้ภายนอกของโบสถ์อีกด้วย และในปี ค.ศ. 2007 จึงได้มีการสร้างอนุสวรีย์ของเฟลิกซ์ เมลโดโซห์น ตั้งไว้ด้านทิศตะวันออกของโบสถ์แห่งนี้

ในช่วงสงครามโลกครั้งที่ 2 วันที่ 4 ธันวาคม ค.ศ. 1943 โบสถ์นักบุญโธมัส ถูกระเบิดของฝ่ายสัมพันธมิตรทำความเสียหาย และคงสภาพเช่นนั้นกระทั่งในปี ค.ศ. 1990 ภายหลังการรวมเยอรมนีสองประเทศจึงได้รับการบูรณะขึ้นใหม่ โดยการบูรณะในครั้งนั้นแล้วเสร็จเพื่อเฉลิมฉลองงานครบรอบ 250 ปี วันเสียชีวิตของ โยฮัน เซบัสทีอัน บัค ซึ่งตรงกับวันที่ 28 กรกฎาคม ค.ศ. 2000 ซึ่งรวมถึงการสร้างออแกนหลังใหม่ของโบสถ์ด้วย การบูรณะครั้งนี้ได้รับเงินสนับสนุนจากสหภาพยุโรป