Дебютировал в марте 1999 года.
В мае 2005 года в бою за вакантный титул чемпиона мира в полутяжёлом весе по версии WBC Адамек решением большинства судей победил Пола Бриггса.
Ульрих предложил очень высокий темп, но сам из-за этого пострадал. Адамек был точнее. Со второго раунда у немца была «сечка» на лбу. В третьем раунде поляк первый раз поймал визави на контрударе, но тот устоял. В 6-м раунде Томаш, поддерживаемый большой группой своих болельщиков, после промаха Ульриха «всадил» сильнейший правый боковой в голову противника. Немец с трудом поднялся, но на счет «Десять» его водило, и рефери остановил бой.
После боя Адамек сказал, что не боится никого кроме Бога, и готов боксировать с любым.
В октябре 2006 года состоялся 2-й бой между Томашем Адамеком и Пола Бриггса. Поляк вновь победил решением большинства судей.
В феврале 2007 года состоялся бой между непобежденнными чемпионом в полутяжелом весе по версии WBC Томашом Адамеком и претендентом Чэдом Доусоном. В 7-м раунде Доусон левым кроссом попал Адамеку в живот. Адамек упал и сразу же встал. Рефери отсчитал нокдаун. В 10-м раунде Адамек прицельным левым хуком в голову послал Доусона в нокдаун. После продолжения боя Адамек попытался добить Доусона, но безуспешно. Доусон уверенно переиграл по очкам Адамека и стал новым чемпионом.
3 февраля 2007 года, Адамек провёл бой против Чада Доусона. Доусон вёл весь бой, но адамек сумел отправить его в нокдаун в 10-ом раунде, однако это не помогло ему победить. После поражения Адамек поднялся в 1-й тяжёлый вес.
В апреле 2008 года он в элиминаторе в 8-м раунде нокаутировал О`Нила Белла
В декабре 2008 года, победил действующего чемпиона Мира Стива Каннингема, и стал чемпионом во второй весовой категории за свою карьеру.
В июле 2008 года Адамек встретился с Гэри Гомесом. Более подвижный поляк переигрывал оппонента. Гомес травмировал правую руку, и не смог выйти на 7-й раунд. Адамек победил техническим нокаутом.
В декабре 2008 года Адамек раздельным решением победил чемпиона мира в 1-м тяжёлом весе по версии IBF Стива Каннингема.
Осенью 2011 года состоялся бой Виталия Кличко и поляка Томаша Адамека. В середине 2 раунда Томаш пропустил мощный удар в голову и попятился назад, но не упал. В 6 раунде Адамек побывал в нокдауне. В 10 раунде Кличко стал избивать Адамека, и рефери остановил бой. Адамек, несмотря на мощные удары Виталия, сумел продержаться почти до конца боя.
24 марта 2012 года Томаш встретился с доминиканцем Наги Агилерой. Бой начался с небольшим преимуществом поляка, а в конце третьего раунда Адамек начал активно избивать Агилеру, но тот чудом устоял на ногах. Всю первую половину четвертого раунда Томаш прессинговал Агилеру, но ближе к концу раунда ситуация начала меняться, и доминиканец начал наступать. Зал восторженно завёлся, однако с пятого раунда бой проходил гладко без особых ярких атак, под небольшим преимуществом Томаша. В итоге Адамек победил единогласным решением судей.
Почти сразу после победы над Агилерой начались поиски нового соперника, и выбор пал на американского технаря, бывшего претендента на чемпионский титул в супертяжелом весе Эдди Чемберса