Als Geiger hat er 1985 das Freiburger Barockorchester mitbegründet, später dann als Dirigent den Balthasar-Neumann-Chor und das dazugehörige Ensemble. Als Künstlerischer Leiter der Deutschen Kammerphilharmonie Bremen musizierte er Sinfonisches im kammermusikalischen Geist. Als Musikdirektor der Wiener Volksoper frönte Thomas Hengelbrock seiner Leidenschaft für Oper und Operette.
2011 wurde er Chefdirigent des NDR Sinfonieorchesters und bringt seitdem frischen musikalischen Wind nach Hamburg. Der Wechsel war für ihn auch eine Art Heimkehr: Thomas Hengelbrock ist ein echtes Nordlicht, geboren in Wilhelmshaven. In Hamburg ist er nun mit seiner Frau, der Schauspielerin Johanna Wokalek, und ihrem gemeinsamen kleinen Sohn heimisch.