Billhardt sieht sich selbst als künstlerischer und politischer Fotograf. Sein Archiv bis 1999 ist im Besitz von Camera Work.

Thomas Billhardt ist verheiratet und hat zwei Kinder. Thomas Billhardt lebte in Italien und bis 2008 in Berlin. Jetzt wohnt er in Berlin-Stahnsdorf.

Billhardt wurde von 1951 bis 1954 zum Fotografen bei seiner Mutter Maria Schmid-Billhardt ausgebildet und studierte bis 1957 an der Fachschule für angewandte Kunst in Magdeburg. Als Werksfotograf im Braunkohlentagebau und der Brikettfabrik Grosskayna 1957-58 qualifizierte er sich zum Fotomeister und war bis 1959 Verlagsfotograf beim Postkartenverlag Bild und Heimat in Reichenbach im Vogtland. 1959 bis 1963 absolvierte er ein Studium an der Hochschule für Grafik und Buchkunst (HGB) in Leipzig mit Abschluss als Diplom-Fotografiker/Fotodesigner.
1962 wurde er Mitglied im Verband Deutscher Journalisten und arbeitete 1963 bis 1971 als freischaffender Fotograf. 1968 trat er der SED bei. 1972 bis 1981 war er Arbeitsgruppenleiter bei der Deutschen Werbeagentur (DEWAG) Berlin und 1982 bis 1989 Leiter des Studios Billhardt beim Verlag für Agitations- und Anschauungsmittel. Seit 1989 ist Billhardt Mitglied des Deutschen Journalistenverbandes und seit 1990 bis 2001 war er Mitglied der Deutschen Gesellschaft für Photographie. Seit 1990 ist er auch Mitglied des Bundes Freischaffender Foto-Designer e.V.

Billhardt erhielt 1965 die Erich-Weinert-Medaille, den Kunstpreis der FDJ. 1969 erhielt er den Kunstpreis der DDR, 1987 den Nationalpreis der DDR. Er hatte zahlreiche internationale Fotoausstellungen in London, Moskau, Berlin-West, Beirut, Kiew, Krakau, Stettin, Breslau, Hanoi, Santiago de Chile, Valparaiso, Florenz, Salzburg, Paris, Prag, Wittlich, u.a. die UNICEF-Ausstellung „Kinder der Welt“ in New York 1988.

Im April 2005 war er für UNICEF Phillipines unterwegs und von April 2008 bis November 2008 hat er für UNICEF-Projekte in Indonesien, Kambodscha und China gearbeitet.