La iglesia ya se tiene constancia de que existía en el siglo XII, pero fue el propio Gonzalo Ruiz de Toledo quien promovió una profunda reforma en el siglo XIV, momento en que se levantó la preciosa torre mudéjar en el antiguo alminar musulmán.
En el interior cabe resaltar el retablo plateresco del siglo XVI y dos barrocos, una pila bautismal del siglo XVI, una imagen de la virgen del siglo XIII y unos lienzos de Tristan, alumno de El Greco.
Para levantar la capilla mayor hubo que derribar la cabecera mudéjar cuando el Señor de Orgaz mandó remodelar la iglesia a finales del siglo XIII. Se construye una capilla mezclando el gótico flamígero con el mudéjar. La bóveda central forma una magnífica estrella de ocho puntas y los nervios están decorados con pinturas. El retablo mayor contiene el lienzo de la "incredulidad de Santo Tomás", obra de Vicente López Portaña, máximo exponente de la pintura académica y que fue pintor de cámara de Fernando VII, de Isabel II y director artístico del Museo del Prado.
La iglesia de Santo Tomé es sin duda la iglesia más visitada de Toledo, por contener una de las obras maestras de la pintura y obra cumbre de El Greco: El Entierro del Señor de Orgaz.
Retablo de estilo manierista de finales del siglo XVI y principios del XVII, entre la transición del renacimiento al barroco que contiene la Virgen de Guadalupe. El ático con un frontón triangular y bolas al estilo herreriano, contiene un relieve. Ahora contiene un crucifijo pero antes se encontraba una pintura de San Roque enseñando la herida de su rodilla a un ángel.
