Thomas Döring studierte Kunstgeschichte, mittlere und neuere Geschichte und Klassische Archäologie in Göttingen und Bonn. Nach einem Forschungsaufenthalt in den Niederlanden wurde er 1989 mit einer Dissertation über die holländische Künstlerfamilie Van Bronchorst an der Universität Bonn promoviert. Am Herzog Anton Ulrich-Museum in Braunschweig war er nach wissenschaftlichem Volontariat und Leitung eines Ausstellungsprojekts von 1994 bis 2025 als Leiter des Kupferstichkabinetts und Stellvertretender Direktor tätig. Er kuratierte zahlreiche Ausstellungen im Bereich der graphischen Künste vom Mittelalter bis zur Gegenwart und baute die Sammlung kontinuierlich aus. Forschungsschwerpunkte liegen auf niederländischer Graphik und Malerei der Frühen Neuzeit, Geschichte des Kunstsammelns, Leben und Werk des Malers Max Beckmann und graphischer Selbstdarstellung von Künstlerinnen und Künstlern im 20. und 21. Jahrhundert. Döring engagiert sich seit 2007 für die digitale Erschließung graphischer Sammlungen mit dem Virtuellen Kupferstichkabinett, von ihm mitbegründet im Verbund mit der Herzog August Bibliothek in Wolfenbüttel und dem Bildarchiv Foto Marburg unter Förderung der DFG. Er war Sprecher des vom MWK Niedersachsen und der VolkswagenStiftung geförderten Forschungsverbunds Kupferstichkabinett online (2012–2019). Von 2002 bis 2025 gehörte er dem International Advisory Committee of Keepers of Public Collections of Graphic Art (50 Lux Club) an.

Als Lehrbeauftragter für Kunstgeschichte wirkte Döring 1999 - 2010 an der Universität Osnabrück. Seit 2005 lehrt er an der Hochschule für Bildende Künste (HBK) Braunschweig, die ihn 2011 zum Honorarprofessor ernannte. Seit 2015 ist er ordentliches Mitglied der Braunschweigischen Wissenschaftlichen Gesellschaft.

Im Rahmen eines 2025 von ihm mitbegründeten internationalen Kooperationsprojekts forscht Döring zum Netzwerk des im Hochbarock in ganz Europa begehrten Schweizer Malers, Sammlers, Kurators und Akademiedirektors Joseph Werner d. J. (1637 - 1710).