2015 errang Thomas Denis bei den Junioren-Europameisterschaften die Silbermedaille in der Einerverfolgung. Im Jahr darauf wurde er zweifacher Europameister in der Mannschaftsverfolgung, sowohl in der Klasse U23 wie auch in der Elite; bei den U23-Europameisterschaften holte Denis zudem Bronze in der Einerverfolgung. 2017, bei den Bahneuropameisterschaften in Berlin, gewann Denis zwei Titel: gemeinsam mit Florian Maitre, Corentin Ermenault, Louis Pijourlet und Benjamin Thomas in der Mannschaftsverfolgung und mit Thomas im Zweier-Mannschaftsfahren. Auf nationaler Ebene wurde er Meister im Punktefahren und in der Mannschaftsverfolgung.