Geboren am 15. Oktober 1980 in Mol, Belgien gilt er als einer der erfolgreichsten Sprinter und Klassikerfahrer der 2000’er Jahre.
Sein Profikarriere begann im Jahr 2001 beim Team US Postal. Aber sein Durchbruch erlebte Boonen im Jahr 2002 wo er als erst 21-Jähriger Platz 3 bei Paris-Roubaix belegte.
Im Jahr 2003 wechselte er zum belgischen Team Quick Step-Davitamon wo er eine Etappe der Belgien-Rundfahrt gewinnen konnte.
2004 gilt als eines der erfolgreichsten Jahre seiner Karriere wo er zahlreiche flämische Eintagesrennen gewann, darunter Gent-Wevelgem, E3-Preis und dem Scheldepreis. Zudem erlangte er zwei Etappensiege bei der Deutschland-Tour und der Tour de France für sich verbuchen, was ihn zum zweiterfolgreichsten Sprinter der Saison 2004 hinter Alessandro Petacchi macht.
Auch 2005 stand ganz im Zeichen des Erfolgs bei Tom Boonen. Er gewann im Alter von nur 24 Jahren das sowohl die Flandern-Rundfahrt als auch Paris-Roubaix (Kopfsteinpflaster-Double). Bei der Tour de France 2005 konnte er die zweite und dritte Etappe im Massensprint für sich entscheiden welches nur getoppt wurde, als er in Madrid Strassenweltmeister wurde.
2006 konnte Boonen seinen Erfolg bei der Flandern-Rundfahrt wiederholen. Bei der Tour holte er sich auf der dritten Etappe für vier Tage Gelb ehe er auf der 15. Etappe wegen Magenbeschwerden aufgab.
Auch in den Folgejahren 2007 und 2008 gelangen ihm mehrere Erfolge wie den Gesamtsieg beim Sprint der Tour de France 2007, dem vierten Sieg in Folge bei der E3 und gilt neben Rik van Loy (1964-66 & 69) als erfolgreichster Teilnehmer sowie den Gesamtsieg der Katar-Rundfahrt und dem Sieg des Paris-Roubaix 2008.
Doch aufgrund eines Kokain-Vorfalls, wurde ihm die Teilnahme an der Tour de Suisse und Tour de France2008 verwehrt. Doch Boonen bestritt die wissentliche Einnahme von Kokain. Auch bei einem zweiten Vorfall im Jahr 2009 bestritt er die Einnahme und wurde durch Tests von der Universität Leuven bestätigt. Doch zuvor wurde er bereits vom Team Quick Step suspendiert. Und trotz der Vorkommnisse erlang er einen weiteren Erfolg bei der Katar-Rundfahrt, dem Paris-Roubaix und wurde Belgischer Meister im Strassenrennen. 2010 konnte er einige Etappensiege einfahren, aber aufgrund Knieproblemen nicht bei der Tour teilnehmen.
2011 gewann er zum zweiten Mal das Gent-Wevelgem-Rennen und errang einen Etappensieg bei der Katar-Rundfahrt. Bei der Tour de France stürzte er auf der 5. Etappe und musste dann während der 7. Etappe aufgeben.
Privat lebt er seit 2010 in Monaco.
