Η Αγία Θωμαΐς γεννήθηκε στη Λέσβο μεταξύ των ετών 910 – 913 μ.Χ. Οι γονείς της, Μιχαήλ και Καλή, ήταν ευσεβέστατοι, έντιμοι και ευκατάστατοι. Απόκτησαν μια κόρη, που την ονόμασαν Θωμαΐδα, που καθώς μεγάλωνε ξεχώριζε για τα χαρίσματα που είχε και την ομορφιά της.
Αν και δεν είχε καμιά διάθεση για γάμο αλλά απ’ εναντίας θαύμαζε τη μοναστική ζωή, πειθαρχώντας στη θέληση και επιθυμία των γονιών της, παντρεύτηκε, μεταξύ των ετών 934 – 937 μ.Χ., σε ηλικία 24 ετών, κάποιον Στέφανο, που έγινε γι’ αυτήν «ακάνθινος στέφανος» για όλη τη ζωή της. Ενώ αυτή ήταν τόσο καλή, τόσο ενάρετη, ώστε την ήξεραν όλοι σαν υπόδειγμα συζύγου, υπέφερε φοβερά από τη βάναυση συμπεριφορά του βαρβάρου συζύγου της, που καθημερινά εύρισκε ευκαιρία να την πληγώνει στο σώμα και στην ψυχή με ξυλοδαρμούς, ραπίσματα, κλωτσιές ακόμα και στο στόμα της, να την καίει, να της ανοίγει πληγές σ’ όλο της το σώμα.
Από τη Μυτιλήνη έφυγαν και κατοίκησαν στην Κωνσταντινούπολη, όπου φαίνεται, για να ακολουθήσουν την κόρη τους, μετακόμισαν και οι γονείς της, εγκαταλείποντας εδώ τη μεγάλη περιουσία τους και αντιμετωπίζοντας εκεί πολλές στερήσεις.
Το δράμα της Θωμαΐδος κορυφώθηκε. Η συμπεριφορά του συζύγου της γινότανε από μέρα σε μέρα χειρότερη. Και η Θωμαΐς αντιμετώπιζε όλη αυτή τη μαρτυρική κατάσταση με την προσευχή, την υπομονή και την αγαθοεργία.
Πολύ σύντομα η πίστη και η αγιότητα της Θωμαϊδος ευλογήθηκε από το Θεό, που της έδωκε τη χάρη να κάνει και θαύματα, όταν ζητούσε με τις θερμές προσευχές της τη βοήθειά Του για ανθρώπους που υπέφεραν. Αναφέρονται δεκατέσσερα θαύματα που έγιναν με την προσευχή της αγίας Θωμαΐδος στην Κωνσταντινούπολη. Θεραπεύει έναν δαιμονιζόμενο, έναν παράλυτο, έναν άρρωστο με καρκίνο και άλλους.
Έπειτα από δέκα τριών ετών μαρτυρική συζυγική ζωή, απέθανε η Θωμαΐς σε ηλικία τριάντα οκτώ ετών και ενταφιάσθηκε στην γυναικεία Μονή, την καλουμένη «τα Μικρά Ρωμαίου» ή «τα Ρωμαίου» όπου είχε μονάσει και ταφή και η μητέρα της. Σαράντα ημέρες μετά την ταφή της, το ιερό λείψανο αυτής ανακομίσθηκε και αποτέθηκε σε πολυτελή λάρνακα εντός του Ναού της Μονής. Αυτό ήταν ακέραιο και στα τίμια χέρια της διακρίνονταν οι αικισμοί του συζύγου της. Ο τάφος της και το σεπτό λείψανό της έγιναν πηγή θαυμάτων.
Το τίμιο σκήνωμά της απωλέσθηκε πιθανόν κατά την άλωση της Κωνσταντινουπόλεως από τους Φράγκους το 1204 μ.Χ.