Im Cyclocross wurde van Amerongen 2004 niederländischer Cyclocrossmeister in der Juniorenklasse. Diesen Titelgewinn konnte er 2006 in der U23-Klasse wiederholen. In der Cyclocross-Saison 2007/2008 gewann er bei den Superprestige-Rennen in Hamme-Zogge und in Diegem jeweils das U23-Rennen und die Gesamtwertung der Serie. Bei den niederländischen Crossmeisterschaften belegte er ab 2012 dreimal in Folge einen Podiumsplatz, wobei die Silbermedaille 2012 sein größter Erfolg war.
Auf der Straße wurde Thijs van Amerongen 2004 Dritter der nationalen Junioren-Meisterschaft im Zeitfahren. Seinen ersten Vertrag bei einem internationalen Radsportteam erhielt er 2005 bei der niederländischen Mannschaft Löwik Meubelen-Van Losser. Er konnte in dieser Disziplin in der Folge aber keine bedeutenden Ergebnisse erzielen.
Nach Ablauf der Cyclocross-Saison 2017/2018 beendete van Amerongen seine Radsportlaufbahn.
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