Figlio di Domenico Rinaldi, tecnico federale e medaglia di bronzo nella piattaforma 10 metri ai Campionati europei di nuotodi Sofia 1985, Tommaso Rinaldi si è avvicinato ai tuffi sin da giovanissimo.

Nel 2006 a Palma di Maiorca ai Campionati europei giovanili di nuoto vince la medaglia di bronzo dal trampolino da 1 metro e nel 2007 a Trieste ai Campionati europei giovanili di nuoto vince la medaglia d'argento nel trampolino sincronizzato da 3 metri con il compagno Andreas Billi.

Nel 2011 ha partecipato ai Campionati europei di tuffi che si sono svolti in Italia a Torino, piazzandosi in settima posizione dal trampolino 3 metri sincro maschile con il compagno Michele Benedetti.[2]

Alle Olimpiadi di Londra 2012, con 400,00 punti si posiziona al 24º posto nei preliminari del trampolino di 3 metri.

Il 25 luglio 2013 ai mondiali di Barcellona, alle eliminatorie dal trampolino di 3 metri si è classificato 19º con 383,95 punti (il primo degli esclusi per la semifinale).

Dal 13 aprile 2015 prende parte come concorrente alla seconda edizione del programma Si può fare! con la conduzione di Carlo Conti su Rai 1.