Tomaž Prosen uzyskał doktorat z fizyki teoretycznej w 1995 roku. Od 2008 roku jest profesorem na Wydziale Matematyki i Fizyki Uniwersytetu w Lublanie, gdzie kieruje grupą badawczą zajmującą się nierównowagową fizyką kwantową i statystyczną. Interesuje się fundamentalnymi zagadnieniami nierównowagowej fizyki statystycznej i kwantowej, ze szczególnym uwzględnieniem problemów na styku teorii układów dynamicznych, fizyki wielu ciał i kwantowej teorii informacji. Głównym tematem jego badań są związki pomiędzy złożonością, całkowalnością oraz jej łamaniem.

W roku 2005 Tomaž Prosen otrzymał najwyższą krajową nagrodę badawczą, nagrodę Zois.  Uzyskał dwa niezwykle prestiżowe europejskie granty ERC Advanced Grant (w latach 2015 i 2022). Od 2023 roku jest członkiem Słoweńskiej Akademii Nauk i Sztuk.