Thomas Kiefhaber studierte und promovierte an der Universität Regensburg und Bayreuth im Fach Biophysikalische Chemie. Zwischen 1991 und 1993 forschte er als Postdoktorand an der Stanford University, USA. 1993 kam Kiefhaber als Forschungsgruppenleiter und Assistenzprofessor ans Biozentrum der Universität Basel, wo er sich 1995 habilitierte. Er forschte zunächst als Extraordinarius und ab 2006 als Extraordinarius für Biophysikalische Chemie auf dem Gebiet der Kinetik und Thermodynamik der Proteinfaltung. Von 2007 bis 2014 setzte Thomas Kiefhaber am Institut für Physikalische Chemie der Technischen Universität München seine Studien zur Faltung und Dynamik von Proteinen erfolgreich fort. Seit Mai 2014 forscht und lehrt er am Institut für Biochemie und Biotechnologie an der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg als Professor für Proteinbiochemie.