Thoms est connue pour son rôle de Mahandra McGinty dans la série télévisée Wonderfalls. Elle a également joué le rôle de Sasha dans la version américaine de la série télévisée As If, qui a été annulée après trois épisodes. En 2005, elle a été ajoutée à la distribution du drame policier Cold Case de CBS, dans le rôle de la détective des homicides, Kat Miller. Thoms a également fait des apparitions sur Law &Order et The Shield.

Thoms est apparue dans plusieurs films, notamment dans l’adaptation cinématographique de la comédie musicale Rent de Broadway dans laquelle elle incarne Joanne Jefferson, avocate et amante de Maureen Johnson (Idina Menzel). Elle a repris le rôle de Fredi Walker, qui a joué Joanne dans la production originale de Broadway de Rent mais, à l’âge de 43 ans, a été jugée trop âgée pour reprendre le rôle. Avant d’être choisie pour le rôle de Joanne, Thoms s’était considérée comme une fan du spectacle, l’ayant vu à Broadway plusieurs fois.

Elle a joué dans le film Porn ‘n Chicken de Comedy Central en 2002 et dans les films Brother to Brother et The Warrior Class en 2004. Il est apparu dans la version cinématographique de 2006 de The Devil Wears Prada dans le rôle de Lily. Thoms a terminé le tournage du film City Lights Pictures Descent avec les co-stars de Rent Wilson Jermaine Heredia et Rosario Dawson et commencera bientôt le tournage de Jimmie avec les co-stars Vanessa Williams et Brian McKnight. Elle est apparue dans Death Proof de Quentin Tarantino, aux côtés de Zoë Bell, Rosario Dawson et Mary Elizabeth Winstead.

Thoms fait ses débuts à Broadway dans Drowning Crow de Regina Taylor. Elle a également joué dans plusieurs productions off-Broadway et régionales, notamment Up Against the Wind (New York Theatre Workshop), The Oedipus Plays (The Shakespeare Theatre), A Raisin in the Sun (Baltimore CenterStage) Come and Gone de Joe Turner (Représentant du Missouri), The Exonerated (The Culture Project d’Off Broadway) et The Antigone Project (The Women’s Project). Le 18 juillet 2008, elle rejoint la distribution finale de Rent à partir du 26 juillet 2008, reprenant le personnage de Joanne, en remplacement de Merle Dandridge. La performance finale a été transformée en DVD: Rent: Filmé en direct à Broadway.

Thoms reprend son rôle de Joanne pour une autre production de Rent, réalisée par Neil Patrick Harris, au Hollywood Bowl du 6 au 8 août 2010.

À l’automne 2010, elle est apparue dans la revue de concert For The Record: Quentin Tarantino à Los Angeles, présentée par ROCKLA pour un spectacle à Barre. Il a été diffusé du 12 août 2010 au 30 octobre 2010 et a également mis en vedette Jenna Leigh Green, Autumn Reeser, Ty Taylor et Audra Mae. De novembre 2010 à janvier 2011, Thoms a joué dans un spectacle au Barre’s For The Record: John Hughes, aux côtés de Barrett Foa, Von Smith et Ty Taylor. En 2011, elle apparaît en spectacle à Barre dans la revue For the Record : Baz Luhrmann, du 12 février 2011 au 30 juin 2011, avec Jenna Leigh Green, Arielle Jacobs, Tinuke Oyefule et Kate Reinders.

Elle a joué Etta, l’assistante personnelle de Diana Prince, dans le pilote de Wonder Woman de NBC.

Thoms a joué un rôle dans la version 2014 d’Annie, jouant la « fausse mère » d’Annie, un personnage basé sur Lily St. Regis dans la comédie musicale originale.

En 2016, elle est apparue dans la reprise de Falsettos, nominée aux Tony Awards à Broadway, dans le rôle du Dr Charlotte.