Tom Dumoulin nasceu em Maastricht, Holanda, a 11 de Novembro de 1990. O seu percurso foi pautado por passagens pela Rabobank (2011) e Sunweb (desde 2012, mudando de denominação ao longo dos anos). Desde cedo se percebeu que Tom, seria um contra-relogista de eleição quando venceu pela primeira vez no 4º Troféu Cidade Da Guarda, batendo na altura Nelson Oliveira. Estávamos no ano de 2010.
Em 2011 e com 22 anos o holandês tornou-se profissional ao serviço da equipa Rabobank, uma das maiores equipas do World Tourna época e sem dúvida a grande equipa holandesa do calendário internacional.
O seu início de carreira enquanto profissional foi marcado por alguns resultados interessantes como o 5º lugar na Volta ao Luxemburgo em 2012, um 2º lugar no Eneco Tour e o 2º e 3º lugares na prova de Fundo e Contra-Relógio nos Campeonatos Nacionais Holandeses em 2013.
No entanto, foi em 2014 que a sua carreira iniciou uma mudança ao sagrar-se Campeão Nacional de Contra-Relógio. Desde aí que Dumoulin obteve várias vitórias em contra-relógios em provas com o Criterium Internacional, a Volta ao País Basco ou a Volta à Suíça.
No ano de 2015 o holandês deu mostras significativas que poderia vir a ser algo mais do que “apenas” um grande contra-relogista. Na edição desse ano da Vuelta a España, Tom Dumoulin para além de vencer duas etapas (uma das quais com chegada ao Cumbre del Sol) disputou até ao final a liderança da competição envergando a Roja até ao penúltimo dia de prova quando Fabio Aru e a poderosa Astana o deixaram por terra nas subidas a Morcuera e Cotos, fazendo com que o holandês desapoiado caísse de 1º a 6º .
Na temporada seguinte Dumoulin apresentou-se no Giro d’Italia e muitos adeptos esperavam com expectativa aquilo que o holandês pudesse vir a fazer. Dumoulin venceu o contra-relógio e chegou a andar de maglia rosa mas abandonou a corrida. Seguidamente protagonizou um Tour de France de alto nível vencendo o contra-relógio e uma etapa com final em alto nos Pirenéus na subida a Arcalis. Renovou o título de Campeão Nacional e conquistou a Medalha de Prata nos Jogos Olímpicos do Rio de Janeiro, apenas batido no esforço individual por Fabian Cancellara.
O ano de 2017 presenciou um Tom Dumoulin na sua melhor temporada da carreira. O holandês protagonizou mais que uma surpresa, uma confirmação ao vencer o Giro d’Italia, perante nomes como Nairo Quintana ou Vincenzo Nibali, aliando à já reconhecida veia de contra-relogista não só uma espectacular capacidade de trepador como também um alto nível em 3 semanas. Além desta mítica vitória o holandês, mais uma vez, tornou-se Campeão Nacional de Contra-Relógio garantiu também títulos Mundiais a nível Colectivo e Individual, no que ao Contra-Relógio diz respeito.
Em 2018 Tom Dumoulin não desiludiu os fãs. Entrou a vencer no Giro d’Italia, terminando a prova em 2º lugar atrás de Chris Froome. Foi ao Tour de France, perdendo para outro britânico da Team Sky, Geraint Thomas. Nos Campeonatos do Mundo conquistou a medalha de prata no Contra-Relógio Colectivo e Individual.
2019 não foi um ano fácil para Tom Dumoulin. Após cair e abandonar no Giro d’Italia, Tom não recuperou das dores de um dos joelhos, acabando por desistir no Critérium du Dauphiné e não comparecendo ao Tour de France.
O ano de 2020 trouxe uma nova equipa na carreira do neerlandês: a Jumbo – Visma. No entanto, os resultados esperados não foram alcançados. 7º no Critérium du Dauphiné, acabou o Tour de France em 7º lugar e alcançou o 10º lugar nos Campeonatos do Mundo em Contra-Relógio. Por fim deu-se a desistência na Vuelta a España, competição na qual assumiu o papel de gregário de Primož Roglič, à semelhança do que acontecera no Tour.
O início de 2021 foi marcado pelo anúncio de pausa por tempo indeterminado por parte daquele que muitos apontavam como o sucessor de Miguel Indurain. Tom Dumoulin justificou a decisão com o facto de a pressão pública e dos meios de comunicação social serem mais difíceis de gerir do que esperava. Regressou ao activo em Junho para conquistar o seu terceiro Campeonato Nacional de Contra-relógio, conquistando depois a prata nos Jogos Olímpicos de Tóquio. Em 2022 propôs-se voltar ao Giro d’Italia mas abandonou ao 12º dia por problemas nas costas. Anunciou a retirada no final da temporada, tendo como último objectivo os Campeonatos do Mundo de Contra-relógio. No entanto, o neerlandês sentiu o “tanque vazio” e anunciou a sua retirada no dia 15 de Agosto de 2022, aos 31 anos de idade.
