Il est diplômé en économie de Science Po Paris, où il enseigne la macroéconomie internationale. Il intègre le CEPII en 2012 en tant qu'économiste et prend la charge du programme « Macroéconomie et finance internationales » en novembre 2020.
Ses domaines de recherche portent également sur les politiques industrielles, les déséquilibres européens, les politiques budgétaires et fiscales, les dynamiques des soldes commerciaux.
Thomas Grjebine a pris part à plusieurs missions et groupes de travail gouvernementaux sur les politiques industrielles en France et en Europe. Il intervient également en tant qu’expert auprès de la Cour des Comptes sur les enjeux fiscaux.