Lodewijk Thomson was lid van een Engels, later Nederlands patricisch geslacht en een kind van Bernard Heidenreich Thomson (1838-1898), officier van gezondheid, en diens eerste vrouw Maria Wilhelmina Pompe van Meerdervoort (1842-1884). Zijn grootvader was Jan Jacob Thomson, luitenant-kolonel en ridder Militaire Willems-Orde. In 1888 studeerde Thomson af aan de Koninklijke Militaire Academie en in 1891 begon hij aan een opleiding als cartograaf. Als eerste luitenant der infanterie vertrok hij in 1893 naar Batavia, waar hij betrokken is geweest bij de gevechten in Atjeh. Op 29 november 1895 trouwde hij in Arnhem met Henriëtte Lambertina Slotemaker (1869-1926) (In het gezin werden twee dochters geboren; een dochter is jong overleden). In 1896 keerde hij terug naar Nederland en werd gedetacheerd bij de le-Reconvalescenten-Compagnie van het Korps Koloniale Reserve te Zutphen. In 1900 verbleef Thomson enige tijd in Zuid-Afrika als militair attaché van de Nederlandse regering gedurende de Boerenoorlog. Waarschijnlijk wegens zijn efficiënte aanpak van de bewaking van het spoor tijdens de spoorwegstakingen van 1903 werd hij nog datzelfde jaar bevorderd tot kapitein.