הומלס החל את הקריירה בבאיירן מינכן, ואף שיחק מעט בקבוצה הבוגרת, אך בגיל 20 עבר לבורוסיה דורטמונד, בה שיחק שמונה עונות, וזכה בשתי אליפויות הבונדסליגה ופעם אחת בגביע הגרמני, והגיע עמה לגמר ליגת האלופות 2013, בו הפסיד עם בורוסיה דורטמונד לבאיירן מינכן. בשנת 2016 חזר הומלס לבאיירן מינכן, מועדון נעוריו, שם שיחק שלוש עונות, וזכה בשלוש אליפויות ופעם אחת בגביע הגרמני. בקיץ 2019 חזר הומלס לבורוסיה דורטמונד, וזכה עמה בגביע הגרמני בעונת 2020/21. הומלס ערך 70 הופעות במדי נבחרת גרמניה, ואף זכה עמה במונדיאל 2014. הומלס נופה מהנבחרת על ידי המאמן יואכים לב בתחילת 2019, אך זומן שוב במאי 2021 לקראת משחקי יורו 2020.