Entró en la orden de Santo Domingo en el convento de Santa María de Atocha de Madrid, el 11 de marzo de 1536 y presumiblemente conoció allí al organista español Antonio de Cabezón. Como organista trabajó en el Monasterio de Santo Domingo de Guadalajara y otros de su orden, y, al contrario de lo que se suele escribir y repetir, no hay evidencia alguna de que fuese organista del convento de dominicos de San Pablo de Valladolid: es una mera suposición de Luis Villalba en su Antología de organistas clásicos (1914).
Sobre todo es conocido por su obra teórica titulada Libro llamado Arte de tañer fantasía, así para tecla como para vihuela, editada en Valladolid en 1565, aunque empezada en 1541, pues que declara haber tardado dieciséis años en acabarla. La obra es considerada en efecto la más completa y original de su tiempo. Consta de dos libros, el primero dedicado a cuestiones de teoría musical y el segundo a técnica de composición. Tiene el valor añadido de ser la primera vez en la historia de la música que, de forma sistemática, se crea un sistema de digitación, siendo una obra fundamental para conocer la práctica musical del siglo XVI y los distintos usos de ornamentación. Esta obra fue raramente citada pero en cambio fue muy plagiada por los teóricos posteriores (por ejemplo, Dámaso Artufel, Pietro Cerone y Andrés Lorente; incluso sus principios de clasificación de acordes pueden encontrarse todavía en los tratados de Marin Mersenne Harmonie universelle, de 1636, y de Andreas Werckmeister, Harmonologia musica, 1702). Según Roig-Francoli, "aunque en ciertos aspectos el tratado es conservador (sobre todo en lo que se refiere al uso de la disonancia y el cromatismo), en otros está no sólo perfectamente al día (la técnica del teclado, la teoría modal polifónica, o el contrapunto imitativo) sino que incluso refleja técnicas vanguardistas que apuntan al siglo siguiente (“tañer a consonancias”)".
De este autor se conservan también tientos y otras piezas organísticas que lo revelan entre los mejores compositores para el órgano del siglo XVI.
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La obra del Padre Tomás de Santa María es un glorioso eslabón de la cadena ininterrumpida de tratadistas españoles de los siglos X'VI y XVII, que tanta - gloria dieron y tanta fama gozan. Cuatro siglos se van a cumplir desde su aparición y aun estamos necesitaelos de consultar tan magnífica obra, En la parte que comprende la Vihuela da atinadas fórmulas y consejos para el buen uso de ella; esta parte armónica está desarrollada con amplitud de detalles.
Extractamos, sobre esta profunda obra la siguiente referencia, para que otros se interesen por ella y hagan su debido estudio: Libro llamado de de tañer Fantasía assí para Tecla, como para Vihuela, y todo instrumento, en que se pudiera tañer a tres, y a cuatro vozes, y a más. Por el qual en breve tiempo, y con · poco trabajo, fácilmente se podría tañer Fantasía. El qual por mandado del muy álto consejo Real fué examinado, y aprovado por el eminente músico de su Majestad, Antonio de Cabeçón, y por Juan Cabeçon, su hermano. Copuesto por el muy Reverendo Padre Fray Thomas de Sancta María (sigue un escudo)
Léese al fin de la obra lo que sigue:
''A gloria y alabanza' de Dios, y augmento de su culto divino. Fenesce el libro llamado, Arte de tañer fantasía. Copuesto por el muy reverendo padre, Fray Tomás de Sancta María, de la orden de los predicadores. Impreso en Valladolid, con licencia de su Majestad, por Francisco Fernández de Córdova, su impresor. Acabóse a veynte días del mes de Mayo, de este año de mil y quinientos y sesenta y cirico. Laus Deo' ' In. fol. ( letra gótica, con notas de Música. 4 hojas prels., 90 fols, en la primera parte, 1·2 en la segunda y 3 de 'los yerros que se han de correjir''. La obra está dedicada al padre Fray Bernardo de Fresneda.
Diccionario de Guitarristas. Domingo Prat (1934)