Tom DiCillo vystudoval v roce 1979 režii v magisterském studiu na filmové fakultě New York University. Pro spolužáka Jima Jarmusche natočil DiCillo v roce 1984 film STRANGER THAN PARADISE, v kterém si zahrál.

V roce 1987 DiCillo napsal a uvedl v NYC představení nazvané “Johnny Suede.” To vedlo k jeho prvnímu celovečernímu filmu, kde hráli Brad Pitt a Catherine Keenerová. JOHNNY SUEDE vyhrál v roce 1991 na filmovém festivalu v Locarnu cenu za nejlepší film a v USA byl film uveden do kin distribuční společnosti Miramax.

Film LIVING IN OBLIVION, ve kterém hráli Steve Buscemi, Catherine Keenerová a Dermot Mulroney vyhrál v roce 1995 na filmovém festivalu v Sundance cenu za nejlepší scénář. Mezi další ocenění patří cena za nejlepší film na filmovém festivalu v Deauville.

V roce 1996 DiCillo napsal a režíroval film BOX OF MOONLIGHT, ve kterém hrál John Turturro, Sam Rockwell a Catherine Keenerová. Film měl premiéru v Sundance a na filmovém festivalu v Benátkách byl v hlavní soutěžní kategorii.

V roce 1998 DiCillo natočil THE REAL BLONDE, ve kterém hráli Matthew Modine, Catherine Keenerová, Darryl Hannahová a Christopher Lloyd. Film byl uveden na zahájení filmového festivalu v Deauville a v USA byl uveden do kin distribuční společností Paramount. V roce 2000 DiCillo napsal a režíroval DOUBLE WHAMMY, ve kterém hráli Denis Leary, Elizabeth Hurleyová, Steve Buscemi a Chris Noth.

Film DELIRIOUS byl uveden v roce 2007, hráli v něm Steve Buscemi, Michael Pitt, Alison Lohmanová, Gina Gershonová a Elvis Costello. V roce 2006 získal film DELIRIOUS cenu za nejlepší režii a nejlepší scénář na filmovém festivalu v San Sebastianu, jakož i zvláštní ocenění poroty na filmovém festivalu v Istanbulu a cenu za nejlepší režii na festivalu HBO zaměřeného na komedie.
WHEN YOU’RE STRANGE, je režisérovým prvním celovečerním dokumentem.