Jego ojciec był polskim Żydem mieszkającym na Słowacji, gdzie prowadził hotel. Matka Thomasa Buergenthala była z kolei niemiecką Żydówką, która pewnego dnia odwiedziła hotel, aby odpocząć od zalotników w swoim rodzinnym mieście Getyndze. Rok później Thomas urodził się w Lubochnie w Czechosłowacji. Jego zachowane wspomnienia zawierają opowieści o prześladowaniach, które dotknęły osoby pochodzenia żydowskiego. Hotel jego ojca został skonfiskowany, co spowodowało wyjazd rodziny do Żyliny. Thomas Buergenthal wspomina, że w tym okresie jego matka musiała nauczyć się gotować, czego wcześniej nie robiła, mając kucharza w hotelu:
W Lubochnie moja matka nigdy nie musiała gotować (...) w Żylinie było zupełnie inaczej i wkrótce zauważyłem, że moja matka nie była szczególnie dobrą kucharką. Kiedyś upiekła niedokładnie oczyszczonego kurczaka. Mój ojciec wziął się do roboty i po chwili miał już kęs ziarna w ustach(…), oczywiście, wypluł je i zaczęła się wielka bójka „Myślałem, że czegoś cię nauczyli w tym pensjonacie w Getyndze!” – krzyknął. Matka przeszła do kontrataku, przytaczając jakiś dawno zapomniany incydent, którego był winny, a gdy ojciec powiedział, że nie ma to nic wspólnego z jakością jej gotowania, oskarżyła go o zmianę tematu.
Po inwazji Niemców na Czechosłowację rodzina Buergenthalów uciekła do Polski. Niedługo potem wszyscy otrzymali wizy wyjazdowe do Wielkiej Brytanii. Zgodnie z harmonogramem przygotowanym przez Anglików mieli opuścić Polskę 1 września, ale po wybuchu II wojny światowej rodzina trafiła do Kielc, gdzie mieszkali w getcie aż do jego likwidacji w sierpniu 1942 roku. O tych przerażających chwilach Thomas Buergenthal, wówczas 7-letni chłopiec, wspomina:
O szarym świcie obudziły nas klaksony (…) trwała likwidacja getta (…) zewsząd dochodziły krzyki i płacz. Moja matka natychmiast zaczęła pakować walizki i błagała ojca, żeby się pospieszył. Ojciec stał przy kuchennym zlewie, golił się niezwykle starannie i powtarzał mamie, żeby się uspokoiła. „Daj mi pomyśleć” – powtarzał w kółko.
Żydzi z Kielc zostali w większości wywiezieni do Treblinki i tam zamordowani. Ojciec Thomasa dostał jednak pracę jako kierownik warsztatu, szyjąc ubrania i buty dla Gestapo, niemieckich policjantów i ich rodzin. Dzięki przepustce ojca na opuszczenie getta, którą otrzymał na tym stanowisku, rodzina Buergenthalów przeżyła likwidację getta i trafiła do lokalnego obozu pracy.
W sierpniu 1944 roku 10-letni Thomas Buergenthal i jego rodzice zostali wysłani do Auschwitz. Został oddzielony od matki na rampie kolejowej i spędził kolejne dwa miesiące z ojcem. Kilkakrotnie uniknął komory gazowej podczas selekcji słynnego doktora Mengele. W tym czasie zabijano głównie dzieci, ale udało mu się przeżyć dzięki opiece ojca.
W październiku odbyła się selekcja, podczas której Thomas Buergenthal został odebrany ojcu. Później już go nigdy nie zobaczył. W kolejnych miesiącach Thomas musiał radzić sobie sam. Na początku stycznia 1945 roku rozpoczęła się ewakuacja obozu. Chłopiec, który miał mniej niż 11 lat, wziął udział w tzw. „marszu śmierci”.
Szedłem jak w transie. Zmuszałem się do dalszego marszu, bo chciałem żyć.
Marsz tysięcy więźniów dotarł do Gliwic, a następnie w odkrytych wagonach transport dotarł do obozu koncentracyjnego Sachsenhausen. Na miejscu młody chłopak zauważył, że ma odmrożone stopy. Został wysłany do szpitala obozowego, gdzie amputowano mu palce u nóg. Thomas spędził kolejne miesiące w baraku szpitalnym. Tam pomagał mu norweski więzień Oddo Nansen, który po wojnie został jednym z założycieli UNICEF-u. Obóz został wyzwolony 22 kwietnia 1945 roku. Thomas tak wspominał pierwsze chwile wolności:
Idąc w stronę kuchni zauważyłem otwarte drzwi do jakiegoś biura, wszedłem do środka. Może naprawdę nas wyzwolili” – pomyślałem, podchodząc do biurka i zdejmując ze ściany portret Hitlera. Rzuciłem nim o podłogę (…). Splunąłem na obraz i zacząłem deptać po twarzy przywódcy (…). Po skończeniu tej pracy usiadłem za biurkiem i podniosłem słuchawkę telefonu. Nie działało, ale mimo to rozmawiałem przez telefon, mówiąc moim wyimaginowanym słuchaczom, że Hitler i wszyscy Niemcy nie żyją.
Po wyzwoleniu wrócił z polską armią do Polski, gdzie przez jakiś czas mieszkał w domu dla żydowskich sierot w Otwocku. Tam też dowiedział się, że jego matka przeżyła:
Więc żyje! To był najszczęśliwszy moment w moim życiu. Płakałem i śmiałem się jednocześnie (...) Miałem matkę, a to oznaczało, że znów mogłem być dzieckiem.