1976. aastal lõpetas ta Columbia Ülikool psühholoogia eriala ning 1978. aastal Pennsylvania Ülikooli sama eriala.

Toomas Hendrik Ilves on abielus Evelin Ilvesega. Eelmisest abielust on tal poeg Luukas Kristjan (1987) ja Juulia Kristiine (1992). Tütar Kadri Keiu sündis 2003. aastal.

Mulgimaal asuva Ärma talu peremees peab oma hobideks välispoliitikat, lugemist, Ärma talu taastamist ja raamatukogu rajamist, samuti kokandust — eriline kirg on vahemere köök.

Toomas Hendrik Ilvese teenistuskäik:

2004 Euroopa Parlamendi liige
2002-2004 Riigikogu liige
1999-2002 Välisminister
1998 Põhja-Atlandi Instituudi nõukogu esimees
1996-1998 Välisminister
1993-1996 Eesti Vabariigi suursaadik Ameerika Ühendriikides, Kanadas ja Mehhikos
1988-1993 Raadio Vaba Euroopa Eesti toimetuse juhataja (Saksamaa)
1984-1988 Raadio Vaba Euroopa uurimisinstituudi analüütik ja uurija Münchenis Saksamaal
1983-1984 Simon Fraseri Ülikooli Eesti kirjanduse ja lingvistika õppejõud, (interdistsiplinaarsete uuringute osakond), Vancouver, Kanada
1981-1983 Vancouveri Kirjanduskeskuse kunstiadministraator ja direktor (Kanada)
1979-1981 Avatud Hariduse Keskuse asedirektor ja inglise keele õpetaja (Englewood, New Jersey, USA)
1974-1979 Columbia Ülikooli psühholoogia osakonna assistant-uurija (USA)

Ühiskondlikud organisatsioonid:

Eesti Üliõpilaste Seltsi liige
Trilateraalse komisjoni liige
Mõttekoja “Friends of Europe” usaldusisikute kogu liige
Eesti Välispoliitika Instituudi asutaja, juhatuse liige kuni 2002
Läti Üliõpilaste Seltsi “Austrums” auliige
Viljandimaa Kogukonna Fondi nõukogu liige
Eesti Kunstiakadeemia kuratooriumi liige

1997-2004 Eesti Eriolümpia President
1996-2003 Tartu Ülikooli kuratooriumi liige

Riiklikud autasud:

Läti Vabariigi Kolme Tähe orden
Eesti Vabariigi Riigivapi III klassi orden
Prantsuse Vabariigi Grand Commandeur Legion d’Honeur