Thoms es conocida por su papel de Mahandra McGinty en el programa de televisión Wonderfalls. También interpretó el papel de Sasha en la versión estadounidense de la serie de televisión As If, que fue cancelada después de tres episodios. En 2005, fue agregada al elenco del drama criminal de la CBS Cold Case, como la detective de homicidios, Kat Miller. Thoms también ha hecho apariciones especiales en Law & Order y The Shield.

Thoms ha aparecido en varias películas, sobre todo en la adaptación cinematográfica del musical de Broadway Rent en la que interpreta a Joanne Jefferson, abogada y amante de Maureen Johnson (Idina Menzel). Ella asumió el papel de Fredi Walker, quien interpretó a Joanne en la producción original de Broadway de Rent, pero, a los 43 años, se consideró demasiado mayor para repetir el papel. Antes de ser elegida como Joanne, Thoms se había considerado una fanática del espectáculo, ya que lo había visto en Broadway varias veces.

Apareció en la película de Comedy Central de 2002 Porn ‘n Chicken y en las películas de 2004 Brother to Brother y The Warrior Class. Thoms apareció en la versión cinematográfica de 2006 de The Devil Wears Prada como Lily. Thoms ha completado el rodaje de la película de City Lights Pictures Descent junto con Wilson Jermaine Heredia y Rosario Dawson, co-estrellas de Rent, y pronto comenzará a filmar a Jimmie con Vanessa Williams y Brian McKnight. Apareció en Prueba de muerte de Quentin Tarantino, junto a Zoë Bell, Rosario Dawson y Mary Elizabeth Winstead.

Thoms hizo su debut en Broadway con Drowning Crow de Regina Taylor. También ha aparecido en varias producciones off-Broadway y regionales, incluyendo Up Against the Wind (New York Theater Workshop), The Oedipus Plays (The Shakespeare Theater), A Raisin in the Sun (Baltimore CenterStage), Joe Turner, Come and Gone (Missouri Rep), The Exonerated (Off Broadway, The Culture Project) y The Antigone Project (The Women’s Project). El 18 de julio de 2008, se unió al elenco final de Rent a partir del 26 de julio de 2008, retomando el personaje de Joanne, reemplazando a Merle Dandridge. La presentación final se hizo en un DVD: Rent: Filmado en vivo en Broadway.

Thoms repitió su papel de Joanne para otra producción de Rent, dirigida por Neil Patrick Harris, en el Hollywood Bowl del 6 al 8 de agosto de 2010.

En el otoño de 2010 apareció en la revista de conciertos For The Record: Quentin Tarantino en Los Ángeles, presentada por ROCKLA para Show en Barre. Se estrenó del 12 de agosto de 2010 al 30 de octubre de 2010, y también estuvo protagonizada por Jenna Leigh Green, Autumn Reeser, Ty Taylor y Audra Mae. Desde noviembre de 2010 hasta enero de 2011, Thoms protagonizó Show en Barre’s For The Record: John Hughes, junto a Barrett Foa, Von Smith y Ty Taylor. En 2011 apareció en Show at Barre en the revue For the Record: Baz Luhrmann, del 12 de febrero de 2011 al 30 de junio de 2011, con Jenna Leigh Green, Arielle Jacobs, Tinuke Oyefule y Kate Reinders.

Interpretó a Etta, la asistente personal de Diana Prince, en el piloto de Wonder Woman de la NBC.

Thoms tuvo un papel en la versión de 2014 de Annie, interpretando a la «madre falsa» de Annie, un personaje basado en Lily St.Regis en el musical original.

En 2016, apareció en el renacimiento de Falsettos nominado al Tony de Broadway como Dr. Charlotte.