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Thomas von Savoyen-Carignano, porträtiert von Anthonis van Dyck (ca. 1634)
Als vierter Sohn des regierenden Herzogs wurde er früh auf eine militärische Laufbahn vorbereitet. Jedoch wurde ihm erlaubt, zu heiraten (was mit der Bereitstellung einer Apanage verbunden war) und eine Nebenlinie zu gründen. Seine Braut war, dem damaligen Bündnis Savoyens mit Frankreich entsprechend, eine französische Prinzessin.
Als sein Bruder Viktor Amadeus I. 1637 gestorben war, stritten Thomas Franz und sein älterer Bruder, Moritz von Savoyen, mit der Witwe Christina von Frankreich um die Regentschaft. Es kam zum Bürgerkrieg, in dem Christina französische, die Brüder spanische Hilfe nutzten. Aufgrund überlegener Ressourcen siegte Christina und behielt ihre Herrschaft. In der Belagerung von Turin 1640 setzten sich die Franzosen durch, nachdem Thomas Franz bereits die Stadt erobert hatte und die Zitadelle von Turin belagerte. In einer vierfachen Belagerung wurde die Stadt von den Franzosen unter Harcourt eingeschlossen, der wiederum von den Spaniern unter Leganés eingeschlossen war. Letztlich zwangen die Franzosen Thomas Franz zur Kapitulation und nahmen die Stadt ein. Um den französischen Einfluss im geschwächten Herzogtum nicht übergroß werden zu lassen, versöhnte sich die Familie, was dazu führte, dass er in französische Dienste übertrat. Er bekam 1642 das Kommando über eine Italienarmee anvertraut, wobei er einige Zeit Turenne unter seinen Offizieren hatte. Er wurde zum Generalissimus der Armee Frankreichs und Savoyens in Italien ernannt, kämpfte erfolgreich und erhielt von Jules Mazarin als Belohnung den Titel eines Großmeisters von Frankreich, als Condé in Ungnade gefallen war. Er starb 1656 auf einem Feldzug zur Unterstützung des Herzogs von Modena, Francesco I. d’Este, der von den Spaniern angegriffen wurde.
Thomas von Savoyen heiratete am 14. April 1625 in Paris Marie de Bourbon-Condé (1606–1692), Gräfin von Soissons, Tochter von Charles de Bourbon, Graf von Soissons und Dreux, und Anna de Montafié. Ihre Kinder waren:
