Tomomi Hayashi studiował architekturę na Yokohama National University w Japonii i Virginia Tech w USA. Po ukończeniu studiów pracował krótko dla Maki and Associates w Tokio i Rafael Viñoly Architects w Nowym Jorku. We współpracy z Siiri Vallner i Indrek Peil założył biuro architektoniczne Head Arhitektid w 2001 roku. W 2003 roku współpracował z biurem architektonicznym Kosmos, a w następnym roku dołączył do Coo Arhitektid, które później przekształciło się w HGA (Hayashi Grossschmidt Arhitektuur). HGA było zaangażowane w projekt Estońskiego Muzeum Narodowego od 2008 roku do jego ukończenia jako lokalni architekci współpracujący.
Od 2012 roku pracuje w Instytucie Architektury Uniwersytetu Nauk Stosowanych w Tallinie, od 2016 roku na stanowisku profesora nadzwyczajnego. Był nominowany do nagrody Miesa van der Rohe w latach 2005, 2009 i 2019.
