Geraint Thomas est double champion olympique de cyclisme sur piste. En 2008 à Pékin et en 2012 à Londres, il a remporté la médaille d'or de la poursuite par équipe. Ces mêmes années, ainsi qu'en 2007, il est devenu champion du monde, également dans la poursuite par équipe. En 2011, il est devenu champion d'Europe dans cette compétition. En 2015, Thomas a remporté sa première course de l'UCI World Tour, l'E3 Harelbeke.
Un an plus tard, il a remporté le classement général de Paris-Nice, également une course de cette catégorie. En 2018, il a remporté le Critérium du Dauphiné et le titre de champion britannique du contre-la-montre. En juillet de la même année, il a remporté son plus grand titre en carrière en remportant le classement général du Tour de France. En 2019, Thomas a terminé deuxième du Tour de France derrière son coéquipier Egan Bernal. En 2022, le Gallois a remporté le classement général du Tour de Suisse.
Geraint Thomas a été intronisé au Hall of Fame de l'Union européenne de cyclisme. En 2018, il a été élu Sportif de l'année en Grande-Bretagne et Cycliste de l'année au Pays de Galles, son pays d'origine.