Urodził się 11 kwietnia 1971 w Bydgoszczy. Jest jak dotąd najlepszym polskim zawodnikiem startującym w wyścigach motocyklowych na żużlu i jednym z najbardziej utytułowanych żużlowców w historii, zarówno na arenie krajowej, jak i międzynarodowej. Jest 7-krotnym mistrzem świata na żużlu (1 raz indywidualnie w sezonie 2010 i 6 razy z drużyną w sezonach 1996, 2005, 2007 i 2009-2011).

Debiutował w 1988 roku, a ściślej w Polonii Bydgoszcz, czyli w tym klubie, z którym Gollob był związany aż do roku 2003 roku. W 1990 roku, a następnie w 1992 roku roku został Młodzieżowym Mistrzem Polski.

W finale indywidualnych mistrzostw świata na żużlu po raz pierwszy wystąpił w 1993 roku. Po zmianie systemu rozgrywania mistrzostw wygrał pierwszy w historii turniej Grand Prix, który odbył się we Wrocławiu 20 maja 1995 roku. Od tego czasu nieprzerwanie był zawodnikiem uczestniczącym w cyklu, z wyjątkiem sezonu 1996, kiedy startował z dziką kartą w 3 turniejach. W sezonie 2010 wywalczył złoty, w sezonach 1999 i 2009 srebrny, a w sezonach 1997, 1998, 2001 i 2008 brązowy medal indywidualnych mistrzostw świata. 

W dorobku ma również sześć złotych medali (sezony 1996, 2005, 2007, 2009-2011) oraz cztery srebrne (sezony 1994, 1997, 2001, 2008) z mistrzostw świata w drużynie (wraz z DPŚ).

W latach 1992–1995 oraz 2001–2002, 2006 i 2009 zdobywał złote medale indywidualnych mistrzostw Polski, w karierze ponadto wywalczył pięć srebrnych (sezony 1998, 1999, 2003, 2005, 2007) i trzy brązowe (sezony 1989, 1990, 1997) medale tych rozgrywek. 

W 1999 roku wygrał Plebiscyt „Przeglądu Sportowego” na najlepszego sportowca Polski. 

W 16. sezonie Grand Prix IMŚ, w roku 2010, Tomasz Gollob – jako drugi Polak w historii – został indywidualnym mistrzem świata. W 2013 r. został rekordzistą pod względem liczby zdobytych punktów w rozgrywkach ligowych. Pod koniec sezonu 2013 zapowiedział zakończenie startów w cyklu IMŚ Grand Prix, w którym uczestniczył od jego powstania w 1995 roku. Przez 19 sezonów wystartował w 162 turniejach (nie uczestnicząc w tym czasie zaledwie w sześciu turniejach). Łącznie 53 razy stanął na podium, a w 22 turniejach zwyciężył (m.in. w historycznym pierwszym turnieju, we Wrocławiu w 1995 roku), zdobywając łącznie 1977 punktów.

23 kwietnia 2017 roku podczas treningu motocrossowego w Chełmnie Gollob uległ poważnemu wypadkowi, w wyniku którego doznał obrażeń kręgosłupa.