Après ses études, il rejoint la section des organisations internationales du ministère des Affaires étrangères, avant de prendre la tête du bureau des affaires générales de l'intégration européenne trois ans plus tard. Nommé premier secrétaire de la représentation permanente néerlandaise aux Nations unies à Genève en 1988, il revient au siège du ministère en 1992 pour devenir directeur de l'intégration européenne en 1994, puis directeur général de la coopération européenne en 1998. En 2003, il prend ses fonctions en tant que représentant permanent des Pays-Bas auprès de l'Union européenne à Bruxelles, où il succède à Ben Bot, nommé ministre des Affaires étrangères. Il quitte ses fonctions en 2011, lorsqu'il devient conseiller d'État.
Tom de Bruijn quitte le Conseil d'État, où il s'intéresse aux retraites, à la décentralisation et à la législation européenne en tant que conseiller du gouvernement, en 2014, pour devenir échevin à La Haye chargé des finances, du trafic, des transports et de l'environnement pour le parti Démocrates 66. Il est désigné formateur après un rapport sur les coalitions possibles remis par Han Polman, à la suite des élections municipales[4].
Tom de Bruijn quitte la vie politique locale en 2018 pour se consacrer à d'autres projets. Il donne à nouveau cours à l'université de Leyde — ce qu'il fait déjà du temps qu'il est conseiller d'État — et devient président du conseil de surveillance de l'Institut néerlandais de relations internationales, dit Institut Clingendael, à La Haye, en 2019[5].
Ministre sous Mark Rutte
En août 2021, il est nommé ministre du Commerce extérieur et de la Coopération pour le développement, un poste sans portefeuille dans le troisième cabinet de Mark Rutte[6]. Il succède à Sigrid Kaag, nommée à la fonction de ministre des Affaires étrangères. Il assure brièvement l'intérim à celle-ci en septembre suivant, avant la prise de fonction de Ben Knapen[7].