Der Sohn eines Lehrers besuchte von 1960 bis 1971 Schulen in Stuttgart und Tübingen und erlangte die Mittlere Reife. Von 1972 bis 1978 studierte er freie Malerei an der Staatlichen Akademie der Bildenden Künste Stuttgart bei Rudolf Haegele und stellte seine Werke aus. Ab 1974 war er als Liedermacher, zuerst im Duo Thommie und Tomaske, dann allein, schließlich mit eigener Band – der Thommie Bayer Band – unterwegs, häufig mit seinen Freunden Thomas C. Breuer oder Bernhard Lassahn als Gäste des Bühnenauftritts. 1979 hatte die Thommie Bayer Band mit dem Song Der letzte Cowboy ihren größten Erfolg. In den 1980er Jahren konzentrierte er sich auf die Schriftstellerei, hatte aber auch mit seiner Band weitere Erfolge, z. B. mit Alles geregelt und Rita.
Mit seinen Romanen, meist in melancholischem Grundton gehaltenen, jedoch auch eingängig und humorvoll erzählten Geschichten über Angehörige seiner Generation, erzielte Bayer beachtliche Erfolge am Buchmarkt. Als sein Hauptwerk wird der 1991 erschienene Roman Das Herz ist eine miese Gegend angesehen. Daneben verfasst er Drehbücher für Kinofilme und Fernsehproduktionen wie Andrea und Marie (1998) sowie Sketche und Glossen für verschiedene Rundfunkanstalten und malt nach wie vor Bilder. Bayer lebt heute mit seiner Frau in Staufen im Breisgau.
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