Au début, Newman était plus intéressé par le théâtre musical que par la composition de films, travaillant avec Sondheim dans des pièces de Broadway. Lionel, qui a succédé à Alfred en tant que directeur musical de la 20th Century Fox, a confié à Thomas sa première mission de notation sur un épisode de 1979 de la série The Paper Chase. En 1983, John Williams, qui était un ami d’Alfred et de Lionel, a invité Newman à travailler sur le Retour du Jedi, orchestrant la scène où Dark Vador meurt. Par la suite, Newman rencontra le producteur Scott Rudin à New York et Rudin l’invita à composer la partition de Reckless (1984). Newman a déclaré qu’il pensait que « c’était un travail difficile, au début » pour l’avoir obligé à « développer des vocabulaires et un sens de la procédure », ne se mettant à l’aise avec l’écriture de partitions « et pas frauduleux dans mes efforts » après 8 ans.
En 1992, Newman compose la partition de The Player de Robert Altman et Scent of a Woman de Martin Brest.
En 1994, il reçoit ses premières nominations aux Oscars avec les partitions de The Shawshank Redemption de Frank Darabont et Little Women de Gillian Armstrong. Il a également marqué The War de Jon Avnet. En 1996, il a marqué Un Strung Heroes de Diane Keaton, recevant une autre nomination aux Oscars. En 1998, il signe The Horse Whisperer de Robert Redford ainsi que Meet Joe Black de Martin Brest. En 1999, Newman compose la partition du premier long métrage de Sam Mendes, American Beauty, créé principalement avec des instruments à percussion. Newman a estimé que la partition a aidé à faire avancer le film sans perturber « l’ambiguïté morale » du scénario, disant: « C’était un véritable exercice d’équilibre délicat en termes de ce que la musique fonctionnait pour préserver cela. ». Il a reçu une quatrième nomination aux Oscars pour cette partition, et bien qu’il ait de nouveau perdu (contre John Corigliano pour Le Violon Rouge), il a reçu un Grammy et un BAFTA.
Son succès critique et commercial s’est poursuivi dans les années qui ont suivi avec ses partitions pour des films tels que Erin Brockovich de Steven Soderbergh et In the Bedroom de Todd Field. Il a été nommé consécutivement pour trois autres Oscars, pour Road to Perdition (2002) de Sam Mendes, Finding Nemo (2003) d’Andrew Stanton et A Series of Unfortunate Events (2004) de Lemony Snicket de Brad Silberling. Cependant, il perd à chaque fois contre Elliot Goldenthal (pour Frida), Howard Shore (pour Le Seigneur des Anneaux: Le Retour du Roi) et Jan A. P. Kaczmarek (pour Finding Neverland).
En 2006, il fait de nouveau équipe avec Todd Field pour Little Children et Steven Soderbergh pour The Good German (il est nommé pour ce dernier). Lors de la cérémonie des Oscars, il est apparu dans le segment d’ouverture d’Errol Morris, qui a déclaré en plaisantant que Newman avait été nominé et n’avait pas remporté un Oscar huit fois. Newman a répondu: « Non, j’ai échoué à sept mais ce sera mon huitième », et en effet, il a de nouveau perdu, cette fois contre Gustavo Santaolalla pour Babel.
Sa première partition depuis Le Bon Allemand était pour Towelhead d’Alan Ball. En 2008, il signe le film d’animation WALL-E, collaborant pour la deuxième fois avec le réalisateur Andrew Stanton (la première collaboration étant Finding Nemo). Le film a remporté l’Oscar du Meilleur Long métrage d’animation (tout comme Nemo). Newman a reçu deux nominations aux Oscars: une pour la Meilleure Musique Originale et une autre pour la Meilleure Chanson Originale pour « Down to Earth », qu’il a coécrit avec Peter Gabriel. Il a été nominé dans la catégorie Partition originale avec deux autres compositeurs chevronnés, James Newton Howard et Danny Elfman, tous deux également nominés pour plusieurs Oscars mais à chaque fois sans succès. Newman a perdu les nominations de la partition et de la chanson au profit d’A R Rahman pour son travail sur Slumdog Millionaire. Peter Gabriel et lui ont cependant remporté un Grammy pour « Down to Earth ».
En 2008, il a également marqué la Route révolutionnaire de Sam Mendes. En 2009, il a marqué Les frères de Jim Sheridan (le remake du film de Susanne Bier). En 2011, il a marqué The Help de Tate Taylor, The Debt de John Madden, The Iron Lady de Phyllida Lloyd et The Adjustment Bureau de George Nolfi.
En 2012, Newman a marqué Le Best Exotic Marigold Hotel de John Madden. Il a également marqué le 23e film de James Bond Skyfall, qui célèbre le 50e anniversaire de la franchise cinématographique. Son travail sur ce film lui a valu sa onzième nomination aux Oscars et une deuxième victoire aux BAFTA. En 2013, il a tourné les Effets secondaires de Steven Soderbergh et Saving Mr. Banks de John Lee Hancock. Ce dernier score a été très bien accueilli par les critiques de musique de film, remportant des nominations aux BAFTA et aux Oscars pour la deuxième année consécutive, deux nominations qu’il a perdues face à Steven Price pour Gravity.
Les projets de Newman en 2014 comprenaient The Judge de David Dobkin et Get on Up de Tate Taylor. En 2015, il a réalisé The Second Best Exotic Marigold Hotel de John Madden, marquant la première fois que Newman signe une suite à un film pour lequel il a également écrit la partition. Cette année-là également, Newman est revenu pour enregistrer Spectre, le 24e film de James Bond de Sam Mendes, la suite de Skyfall et a collaboré avec Steven Spielberg pour Bridge of Spies, marquant la première collaboration de Newman avec Spielberg et le premier film pour Spielberg à ne pas présenter une partition musicale de son compositeur de longue date John Williams, pas depuis la production de The Color Purple en 1985. Pour sa partition sur Bridge of Spies, Newman a remporté une autre nomination aux Oscars et aux Grammy Awards.
En 2016, Newman a marqué le film Morten Tyldum’s Passengers avec Chris Pratt, Jennifer Lawrence, Michael Sheen et Laurence Fishburne, pour lequel il a reçu sa 14e nomination aux Oscars. Trois ans plus tard, Newman retrouve Sam Mendes pour son film de guerre 1917, pour lequel Newman reçoit sa 6e nomination aux BAFTA et sa 15e nomination aux Oscars.
Newman aime varier l’instrumentation dans ses partitions, allant de l’orchestre complet à la musique à percussion uniquement. Il aime aussi incorporer des instruments inhabituels comme la cithare, la vielle à roue, le psautier et le dulcimer martelé, ou des sons inattendus, comme les chants autochtones et le chant des cigales. Le compositeur a déclaré qu’il avait » un intérêt pour l’expérimentation banale. »