Siamo rimasti stupiti nel vederlo in un ruolo così oscuro. Lui che di solito è sempre sorridente, un po' impacciato, ma molto sicuro, ha vestito i panni più positivi dell'italiano medio. E dopo aver inscenato performance degne di lode, Placido decide di sporcargli gli abiti di sangue e sudore, di mettergli in bocca le urla della ribellione sociale e la sussurrata ambizione. Piefrancesco Favino indossa così il suo ruolo più bello, quello di un'ombra che sta dietro a una mano che vuole afferrare Roma nella sua morsa di terrore e di delinquenza. E scrive il primo capitolo di un romanzo criminale che ha fatto applaudire critica e pubblico. È un mostro del nostro cinema. Aprite gli occhi…
Dopo essersi diplomato all'Accademia Nazionale d'Arte Drammatica Silvio D'Amico, segue qualche corso di perfezionamento e una manciata di seminari di recitazione ne "Il dramma della gelosia", seguito da "Verso Pee Gynt", "Quel pasticciaccio brutto…", "Davila Roa" e "I Fratelli Karamazov. Passa poi alla televisione interpretando il film tv Una questione privata (1991) di . Poi, entra nel cast della serie tv italiana Amico mio (1993) nel ruolo di Giuseppe "Beppe" Vanni.
L'esordio cinematografico avviene nel 1995 nel film PUGILI,. Da quel momento in poi comincerà a recitare per diversi registi, molti dei quali anche alla loro opera prima.
Riki Tognazzi lo sceglie per I giudici-vittime eccellenti(1999), poi passa alla fiction, quella religiosa, entrando nel cast di Padre Pio (2000) . Sceglie L'ultimo bacio (2000) diGabriele muccino, nella parte, quasi invisibile (ma non troppo) di un amico di Stefano Accorsi che vede nel matrimonio e nell'unione duratura di un uomo e di una donna una ribellione al conformismo di oggi.
Da zero a dieci(2002) di Ligabue e il film tv Gli insoliti ignoti (2003) arricchiscono la sua filmografia E dopo fa incetta di premi con Romanzo Criminale (2005) di Michele Placido nel ruolo de "Il libanese", criminale della banda della Magliana che ha come unico sogno quello di conquistare Roma in una morsa di racket, prostituzione e spaccio di stupefacenti. Impossibile non premiarlo con il David per il miglior attore non protagonista e il Nastro d'Argento come miglior attore protagonista.

Tomas, figlio di un generale del regime di Gerardo Machado, poi arrestato in seguito al colpo di stato di Fulgencio Batista, a circa vent'anni lasciò Cuba per gli Stati Uniti dei quali divenne cittadino. Qui dapprima si iscrisse all'Università dell'Accademia Teatrale di Miami.
Tomas Milian nel ruolo di Nico Giraldi in Squadra antiscippo, di Bruno Corbucci

Un anno dopo si trasferì a New York. La responsabile di una piccola scuola di recitazione da lui frequentata restò colpita dal suo talento e lo fece iscrivere al noto Actor's Studio. Da qui i primi lavori teatrali a Broadway e, nel 1957 la sua partecipazione ad una serie TV statunitense: Decoy.

Alla fine degli anni Cinquanta ebbe inizio la sua fortunata carriera italiana, durante la quale lavorò con registi del calibro di Mauro Bolognini, Luchino Visconti e Pier Paolo Pasolini.

Nel 1967 fu protagonista di La resa dei conti, spaghetti-western diretto da Sergio Sollima, quindi continuò con questo genere, diventandone uno degli attori simbolo. Indimenticabili i suoi personaggi western di "Cuchillo" (nella trilogia western diretta da Sergio Sollima), e di "Chaco" (nello spaghetti-western iperviolento I quattro dell'apocalisse, diretto da Lucio Fulci).
Tomas Milian in Roma a mano armata.

Il grande successo giunse però negli anni settanta, anche grazie all'eccellente doppiaggio di Ferruccio Amendola, con film polizieschi all'italiana che la critica ufficiale ha sempre giudicato di qualità inferiore ma che sono stati a poco a poco rivalutati, e oggi sono diventati dei veri e propri cult movie. Famoso il suo sodalizio con il regista Umberto Lenzi, che lo ha diretto in molti poliziotteschi divenuti cult come Roma a mano armata, Il giustiziere sfida la città (dove - siamo nel 1975 - interpreta un personaggio col nome di Rambo ben sette anni prima dell'omonimo impersonato da Stallone) , Milano odia: la polizia non può sparare e La banda del gobbo.

è tornato agli impegni drammatici iniziali con La luna (1979) di Bertolucci e Identificazione di una donna (1982) di Antonioni.

Il declino del genere poliziesco sembrò coincidere con quello della sua carriera ma, dopo un periodo di scarse apparizioni in pellicole non certo indimenticabili, all'inizio degli anni novanta tornò negli Stati Uniti per partecipare, sia pure per parti minori, a film diretti da noti registi internazionali come Tony Scott, Sydney Pollack, Oliver Stone, Steven Spielberg, Steven Soderbergh, Andy Garcia e in varie produzioni televisive.

Ultimamente vive a Miami Beach in Florida.