Nació en Madrid. Fue enviado a París en 1752 por el marqués de la Ensenada para aprender de J.B. Bourgignon d´Anville las técnicas de grabado. Regresó a España en 1760, dedicándose a la formación de mapas por recopilación de anteriores, sin trabajo de campo, ni cálculos de ninguna clase. Se conserva el Cuestionario que remitió a obispos, curas y párrocos, pidiendo los datos necesarios para localizar los lugares, en el que rogaba le remitiesen unas especies de mapas o planos de sus respectivos territorios en dos o tres lenguas en contorno de su pueblo, donde pondrán las ciudades, Villas, Lugares, Aldeas, Granjas, Caseríos, Ermitas, Ventas, Molinos, Despoblados, Ríos, Arroyos, Sierras, Montes, Bosques, Caminos, etc, que aunque no estén hechos como de mano de un profesor, nos contentamos con sólo una idea o borrón del terreno; porque los arreglaremos dándoles la última mano. En BNM se conservan algunas respuestas buenas y otras absolutamente incomprensibles. A esta recopilación pudo añadir también las respuestas a las Preguntas del cardenal Lorenzana.

Gran trabajador, hizo más de 200 mapas acreditándose como un excelente grabador. En 1764 fue nombrado individuo de mérito de la Academia de San Fernando.

En 1795 propuso a Godoy la creación de un Gabinete Geográfico anexo a la Secretaría de Estado, donde se reuniese toda la cartográfica de España existente en el país y en el extranjero. Al año siguiente comenzó la recopilación, en la que intervinieron además de Tomás López y su hijo Juan, Fernando Magallón y José Mendoza y Ríos. El Gabinete fue dirigido después por los geógrafos Manuel Abella, Narciso Aparicio y Sebastián Miñano y subsistió hasta 1844, en que el ministro Mon transfirió sus fondos a la Biblioteca Nacional.

También en 1795, López recibió el encargo de Godoy de formar el Atlas Geográfico de España que no llegó a ver acabado, aunque sus hijos lo publicaron en 1804. El Atlas tiene 102 mapas, en formato 30 x 43 cm, y se reeditó en 1810, 1830 y 1844.

Murió en Madrid.

Entre otras muchas obras, hay que destacar por su originalidad, el Atlas elemental moderno, o colección de mapas para enseñar a los niños geografía (1792), con 27 mapas; la Carta de Tierra Santa (1774); el Mapa de Africa (1771); el de los Reinos de Marruecos, Fez, Argel y Túnez (1775); la Luisiana (1762); el Itinerario de D. Quijote, el Mapa de la Tierra de Promisión (1774), el de la Parte de Chile donde pasaron los famosos hechos entre españoles y araucanos (1777), etc.

Escribió además los Principios Geográficos aplicados al uso de mapas en 1775, y la Cosmografía abreviada. Uso del globo celeste y terrestre, en 1784.

Tuvo editorial propia, radicada en sus sucesivos domicilios, donde además vendía sus mapas, como se indica en algunos de ellos en la calle de Atocha, frente a la Casa de los Gremios, en la Puerta del Ángel, junto a la Librería Llera.

La excesiva permanencia en el uso de los mapas de López, en una época en que la cartografía había experimentado grandes progresos, fue causa de que su obra sufriera críticas muy duras, especialmente cuando el preámbulo al decreto del 23 de noviembre de 1840, el ministro D. Manuel Cortina, la enjuició para plantear el proyecto de ejecución del mapa de España y enfatizar su necesidad.

En toda su obra se manifiesta su falta de precisión, consecuencia del método de trabajo y de su ausencia de preparación científica. La deficiencias de sus mapas eran conocida desde antes, pero se evidenciaron en la Guerra de la Independencia, en la que tanto el Estado Mayor francés como el británico se vieron en la necesidad de improvisar su cartografía, visto la inutilidad de la de López, que era la mejor existente en España.

Su único intento de afrontar temas científicos, para los que no estaba preparado, tropezó con una censura durísima del conde de Floridablanca, que López asumió humildemente, asegurando que en adelante sólo se ocuparía de mi Geografía exacta, y si alguna vez escribo, no será de la geografía histórica ni cronológica, pero si de la que pertenece al ramo de las matemáticas.