Томислав Дончев е роден на 6 август 1973 г. в Габрово. През 1991 г. завършва гимназия в Габрово, а през 1997 година става магистър по философия във Великотърновския университет „Св. св. Кирил и Методий“. Завършва и втора специалност - журналистика. В периода 1997-1999 година работи като учител в Хуманитарната гимназия „Св. св. Кирил и Методий“ във Велико Търново - преподава психология, логика, етика, философия. През 1999-2000 година Дончев е редактор в „Радио Габрово“. В този период (през 1998 г.) Томислав Дончев специализира и политически науки в Международното лятно училище по политически науки и международни отношения в Полша. През 2001 г. специализира “Подпомагане на високотехнологични малки и средни предприятия и научно-развойни стартиращи фирми” в Института НЕГЕВ, Израел.

През 2001-2004 година Томислав Дончев е изпълнителен директор на организацията Високотехнологичен бизнес инкубатор в Габрово. В този период подготвя и управлява десетки проекти в Габрово в сферите на регионалното развитие, икономическото развитие, образованието и социалната сфера. Дончев е член на екипа “Експертни анализи” към Института “Отворено общество”, разработил Регионалния план за развитие на Северозападен район за планиране (възложено след процедура по Закона за обществени поръчки с възложител Министерство на Регионалното развитие и Благоустройството). Под прякото му ръководство са спечелени международни проекти в социалната сфера и регионалното развитие на обща стойност 1 500 000 лева; Работи в партньорство с редица утвърдени европейски консултантски фирми от Германия, Великобритания, Холандия, Италия, Словакия. Бил е и член на Българската асоциация по управление на проекти.Членува и в работната група към Министерство на финансите, разписала правилата за разпределение на средствата от Европейските фондове в България. Дончев е бил и независим консултант и лектор в сферите: “Подготовка и управление на проекти”, “Планиране и стратегическо управление”, „Системи за оценка и текущ контрол”. Обучавал е представители на общини, областни администрации, училища, НПО, фирми в над 20 населени места на страната. През 2006 година получава магистърска степен по стопанско управление от Великотърновския университет „Св. св. Кирил и Методий“.

През ноември 2007 година Томислав Дончев е избран за кмет на Габрово от ГЕРБ. Той печели убедително на втори тур срещу Николай Григоров с 65,51%. При неговото управление община Габрово се утвърждава като един от най-успешните бенефициенти в България за усвояването на европейските средства. За две години са подготвени 21 проектни предложения, от които 19 са получили финансиране.

Дончев остава кмет на Габрово до 2010 г., а от март 2010 до март 2013 година е министър по управлението на средствата от Европейския съюз в първото правителство на Бойко Борисов. През май 2013 година Томислав Дончев е избран за народен представител от ГЕРБ в 42-то Народно събрание, а година по-късно, след европейските избори през май 2014 г., той става член на Европейския парламент от групата на ГЕРБ / Европейска народна партия (ЕНП). През феруари 2013 г., когато Борисов се раздели със Симеон Дянков Дончев беше спряган за негов заместник. 

В новото правителство на Борисов Томислав Дончев ще е вицепремиер по еврофондовете и икономическата политика. 

Дончев има син, през 2012 г. Борисов савтовнически му нареди да сключи брак с жена си Светлана.