Vermaelen je kao stoper bio jedan od "old timera" u Crvenim vragovima, reprezentaciji s kojom je od svog debija 2006. godine nastupio 85 puta.
Počeo je karijeru u Beerschotu, a zatim je igrao u Ajaxu, pa u prestižnim klubovima poput Arsenala (2009-2014) i FC Barcelone, koja mu neće ostati u lijepom sjećanju jer je jednu sezonu proveo i na posudbi u AS Romi (2016-2017).
Godine 2019. pridružio se japanskom klubu Visse Kobe, s kojim mu je ovog mjeseca istekao ugovor.Thomas Vermaelen će sada biti pomoćnik belgijskog izbornika Roberta Martineza u pripremama za Svjetsko prvenstvo, koje se za 11 mjeseci održava u Kataru.
Na klupi Crvenih vragova je kao pomoćnik još jedan bivši igrača Francuz Thierry Henry.