Получил степень бакалавра и в возрасте 18 лет поступил в Высшую нормальную школу, где изучал математику и экономику. В возрасте 22 лет Пикетти получил докторскую степень за диссертацию о перераспределение богатства, которую он написал в Лондонской школе экономики и политических наук, которая получила награду французской экономической ассоциации как лучшая диссертация года.

После защиты диссертации Пикетти с 1993 по 1995 годы в должности доцента преподаёт на кафедре экономики Массачусетского технологического института. В 1995 году он начал сотрудничать с французским Национальным центром научных исследований в качестве исследователя. В 2000 году он стал профессором (directeur d'études) в Высшей школе социальных наук.

В 2002 году Пикетти получил «Приз лучшему молодому экономисту Франции». C ноября 2003 года он член научного совета ассоциации (фр. À gauche, en Europe), основанной Мишелем Рокаром и Домиником Стросс-Каном.

В 2006 году Пикетти стал первым главой Парижской школы экономики, которую он помог создать. Нескольких месяцев во время президентской избирательной компании работал в качестве экономического советника Сеголен Руаяль — кандидата от французской социалистической партии. В 2007 году Пикетти возобновил преподавание в Высшей школе социальных наук и Парижской школе экономики.

Является обозревателем французской газеты Libération, а иногда и пишет для Le Monde.

В апреле 2012 года Пикетти вместе с 42 коллегами подписал открытое письмо в поддержку тогдашнего Франсуа Олланда, который в мае 2012 года одержал победу над Николя Саркози на президентских выборах.

В 2013 году Пикетти получил Yrjö Jahnsson Award, вручаемая экономистам моложе 45 лет, которые «внесли свой вклад в теоретические и прикладные исследования, имеющие важное значение для изучения экономики в Европе.»

В 2015 году Пикетти отказался от ордена Почётного легиона. Он считает, что правительству лучше заниматься ростом экономики, а не присуждать такие награды.