Han er sønn av Wilhelm Wilhelmsen som overtok som eier av Wilhelmsen-konsernet sammen med sine tre søsken i 1978. Aksjemajoriteten i Wilh. Wilhelmsen eies av hans kusiner Pontine Paus, Olympia Paus, Cathrine Løvenskiold Wilhelmsen, Hedvig Juell, Maren Juell og Hannah Wilhelmsen, men Thomas Wilhelmsen eier den eneste stemmeberettigede aksjen i familieselskapet Tallyman; kvinnene i familien krevde i 2020 en ny styringsmodell som gir dem innflytelse.