Thomas Dienst est formé au Boitsfort RC. Ses performances lui permettent d'intégrer l'équipe de Belgique des moins de 18 ans[2], puis des moins de 20 ans[3]. En 2006, à 19 ans, il décroche sa première sélection en équipe de Belgique sénior[4]. A l'été 2007, il participe au match de gala entre l'équipe de Belgique officieuse (renforcée par des internationaux français comme Vincent Debaty ou Francis N'Tamack) et l'Argentine[5]. Dans la foulée, il intègre le centre de formation du Lyon OU[6].
Il reste deux saisons à Lyon[6], mais ne passe pas professionnel au sein du club. Il rejoint alors le Lille MR[6]. Il va disputer près de 120 matchs de Fédérale 1 avec le club lillois[1], participant notamment à la montée obtenue en Pro D2 par le club[7], mais le Lille Métropole Rugby ne peut finalement monter[8]. En parallèle du rugby, il travaille en tant qu'assistant en pédiatrie, réalisant sa formation à l'Université catholique de Louvain[9].
En 2016, le club lillois est déclaré en faillite[10]. Thomas Dienst rentre alors en Belgique, évoluant au Rugby Ottignies[11]. Cela n'impacte pas sa présence en équipe de Belgique, puisqu'il joue 16 matchs internationaux durant cette période[1].
En 2019, il revient en France rejoignant le Stade blayais en Fédérale 3. Après une bonne saison, il est contacté par le RC Bassin d'Arcachon en Fédérale 1, mais choisit de rester en Fédérale 3 en rejoignant le Léognan rugby, lui permettant de mieux concilier vie professionnelle, familiale et rugbystique[12]. En 2022, il retrouve la sélection nationale à l'occasion de trois rencontres[1], puis rentre en Belgique pour la saison suivante, rejoignant son ancien club d'Ottignies[13].