1 A felnőtt klubokban játszott mérkőzések és gólok csak a bajnoki mérkőzések adatait tartalmazzák. Utolsó elszámolt mérkőzés dátuma: 2021. november 27. 2 Utolsó elszámolt válogatott mérkőzés dátuma: 2019. június 11.
Vermaelen karrierjét a Germinal Ekerennél kezdte, később a klub megváltoztatta nevét Germinal Beerschot-ra.
Ajax
Vermaelen 2000-ben csatlakozott a holland Ajax akadémiájához. Debütálására a felnőtt csapatban 2004. február 14-én a Volendam ellen került sor, amit csapata megnyert 2-0-ra. A 2003-04-es szezonban az Ajax megnyerte a bajnokságot, így Vermaelen első komolyabb kupáját nyerte a felnőtt csapattal. A következő idényt kölcsönben töltötte az RKC Waalwijk csapatának. Vermaelen nem szerepelt a kezdő csapatban, csak cserepadon kapott lehetőséget. 13 mérkőzés alatt 3-szor talált be az RKC színeiben.
Mikor visszatért az Ajaxhoz, akkor a klub kupagyőztes lett. 2006-ban szerepelhetett először a válogatottban, ennek egy ideje már csapatkapitánya is. A 2006-07-es szezonban, és az azt követő idényben is az Ajax szuperkupa-győztesnek mondhatta magát.[2] A 2008-09-es szezonban Vermaelen megkapta a kapitányi karszalagot, így a csapatkapitánya lett az Ajaxnak, ám a rákövetkező szezonban elhagyta klubját.
Arsenal
2009. június 19-én Vermaelen csatlakozott az Arsenalhoz, 12 millió euróért. A klub először csak 10 millió euró előleget fizetett az Ajaxnak, majd később kifizette a maradék 2 milliót.[3][4] Miután az Arsenal középhátvédje, Kolo Touré elhagyta klubot, ezért Vermaelen jött a helyére, és megkapta Touré 5-ös mezszámát.[5] Az Arsenal középhátvédsorát ígyx William Gallas és Thomas Vermaelen alkotta. Első mérkőzését az Everton ellen volt egy bajnoki mérkőzésen, ahol a 37. percben gólt is szerzett.[6] Ezzel ő lett a nyolcvannegyedik olyan Arsenal-játékos, aki debütálásakor gólt szerzett.[7] Következő találatát szeptember 19-én a Wigan Athletic ellen jegyezte, egyébként a meccs végeredménye 4-0 lett az Arsenal javára.[8] Szeptember végén, az Arsenal drukkerek megválasztották őt a hónap játékosának, és elnevezték „Verminator”nak, ez lett az új beceneve.[9][10] Első öngólját a Chelsea elleni bajnokin szerezte, mikor a korábbi Arsenal-játékos Ashley Cole beadását követően a saját kapujába talált. A mérkőzés 3-0 vereséggel ért véget.[11] Legszebb gólját a Blackburn elleni bajnokin szerezte, mikor 25 méterről talált a kapuba. Legtöbb gólját a 2009-2010es szezon első felében szerezte, sokat fejesből.[12] Vermaelen év végén jelölték az év belga sportolója-díjra.[13] Kiemelkedő teljesítménye miatt benne volt a PFA év csapatában.[14] A szezont befejezvén 45 mérkőzés alatt 8 találatot jegyzett.
A 2010-2011es szezon kezdetével Vermaelen 3 mérkőzést játszott az Arsenal színeiben. Pár nap múlva egy válogatott mérkőzésen megsérült az Achillese, így előzetes becslések szerint pár hetet kellett volna kihagynia.[16] A pár hétből végül egy bő nap lett, és visszatérésekor rögtön rásérült a korábbi sérülésére.[17] Úgy nézett ki, hogy 3-4 hét múlva visszatérhet a csapatba, azonban 2011. március 17-én hivatalos bejelentés tett Arséne Wenger, hogy a belga középhátvéd a szezon hátralévő részében már nem játszhat.[18] Egyébként utolsó mérkőzését a Blackburn Rovers elleni bajnokin játszotta, 2010. augusztus 28-án.
Barcelona
Thomas Vermaelen 2014.08.09-én hivatalosan is a Barcelona játékosa lett, 15+4 millió eurót fizetett érte a Katalán klub, és 5 éves szerződést írt alá. Sérülései miatt a katalán csapatban mindössze 53 tétmérkőzésen szerepelt, négyszer nyert bajnoki címet, egyszer bajnokok Ligáját a csapattal.
Vissel Kóbe
2019 nyarán a japán első osztályban szereplő Vissel Kóbe játékosa lett.[19]
A válogatottban
Nemzetközileg szerepelt a belga U-19-es válogatottban, és részt vett az U-21-es Európa bajnokságon. 20 évesen mutatkozott be a felnőtt válogatottban, 2006. március 6-án Luxemburg elleni mérkőzésen. 2009. október 8-án megkapta kapitányi karszalagot.[20] 2009. november 14-én szerezte meg első találat a Belga válogatott színeiben,a Magyar válogatott ellen, a gólpasszt Eden Hazard adta Thomasnak.[21]