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，成为香港首位土生土长、香港第三位以及第七位华人枢机；2012年2月18日，在梵蒂冈的枢密会议中正式获教宗授予枢机红帽以及枢机指环，成为枢机团成员，领罗马宗徒之后堂（Regina Apo