1970年起任职圣神修院，先后担任哲学院神学部教授、神学部主任及哲学院校外课程部主任；1980年起任圣神研究中心执行主任至今；1992年奉委为香港教区副主教。1996年10月20日，汤汉获领衔波沙教区主教及任命为天主教香港教区辅理主教，同年12月9日与陈日君一同晋牧。1999年至2009年担任圣神修院院长。教宗本笃十六世于2008年1月30日委任汤汉为香港教区助理主教。于2009年4月16日起真除。任天主教香港教区第七任正权主教，以接替退休的陈日君枢机。教宗本笃十六世于2012年1月6日宣佈擢陞汤汉为枢机