Jusqu'à l'âge de 11 ans, il sera éduqué par un précepteur puis en 1884, il entre à l'académie Royale de Belfast mais son séjour ne durera pas longtemps puisqu'en 1889 , il rejoint les chantiers de Harland & Wolff afin d'y travailler en tant qu'apprenti. En effet, il s'est toujours intéressé à la marine depuis son enfance (on le surnommait "L'Amiral").
Étant un passionné, il gravit vite les échelons en passant par les métiers comme : ébéniste, assembleur, ouvrier à la construction de navire, accompagnateur de forgerons, de dessinateurs, de monteurs d'équipements... jusqu'à devenir le directeur général des chantiers navals Harland and Wolff.
A partir de 1901, il est chargé de la conception de nombreux navires et devient membre de l'Institut des Architectes Navals.
L'une de ses plus grandes œuvres est la réparation du Suevic, de la White Star Line. Le navire, construit en 1901, s'est en effet échoué sur des rochers en 1907 et la compagnie, par mesure d'économie, a tenté de le remettre à flot. Cependant, les opérations de sauvetage n'ont permis de sauver que la partie arrière du navire qui avait dû être coupé en deux. Harland & Wolff reçoit donc la commande d'une moitié de navire pour réparer le paquebot, chose faite en 1908.
Dans la même année, il épouse Helen Reilly Barbour avec laquelle il aura une fille : Élisabeth née en 1910. La famille réside à Belfast
Andrews devient vraiment célèbre avec le fameux Titanic. En 1907, Joseph Bruce Ismay et William James Pirrie décident ensemble de construire 3 paquebots pour la White Star Line afin de concurrencer d'autres navires comme le Lusitania, le Mauretania....
Les chantiers Harland & Wolff, qui construisent les navires de la compagnie depuis son rachat par Thomas Henry Ismay en 1867, sont naturellement choisis pour réaliser ce projet sans même passer par le biais d'un contrat, le seul document utilisé étant une lettre d'accord.
Thomas Andrews et Alexander Carliste sont désignés comme étant les principaux architectes de ces projets. Les trois navires, appartenant à la classe Olympic doivent être les plus grands paquebots au monde : l'Olympic, le Titanic et le Gigantic. Mais en 1910, Carlisle prend sa retraite et Andrews se retrouve seul, chargé de la construction.
Le 14 juin 1911, l'Olympic quitte Southampton pour son voyage inaugural. Andrews est présent à bord afin de déterminer les améliorations à apporter au navire et d'observer le déroulement la navigation. Les notes qu'il prend durant ce voyage permettent de mesurer le souci du détail dont fait preuve l'architecte qui s'arrête sur des points tels que le manque de portes-éponges ou l'emplacement des miroirs sur les portes des cabines.
Le 10 avril 1912, le Titanic quitte Southampton pour son voyage inaugural. Andrews est l'un des premiers à embarquer à 6 heures de matin, il est accompagné de huit techniciens des chantiers Harland & Wolff voyageant en première et en deuxième classe. Il occupe la cabine de première classe A-36, à bâbord, sur le pont A ; cette cabine est un ajout de dernière minute dans la cage du Grand Escalier arrière. Durant la traversée, Andrews aide l'équipage en cas de besoin et prend soin de noter les modifications possibles afin d'améliorer le navire, tout comme il l'a fait sur l'Olympic. Henry Etches, le steward chargé de sa cabine a par la suite déclaré qu'Andrews ne quittait son travail que pendant les repas.
Le 14 avril 1912, à 23 h 40, Andrews est en train d'étudier les plans afin d'y ajouter des cabines de première classe lorsque le Titanic heurte un iceberg. Il ne se rend compte de rien.(opposition avec le film) Plus tard un homme frappe à sa porte et l'informe que le capitaine Edward Smith désire le voir. Smith et Andrews descendent jusqu'au pont G et découvrent que l'eau a déjà envahi la salle de tri postal. Au total 5 compartiments sont déjà inondés alors que le Titanic ne peut se maintenir à flot avec plus de 4. Andrews comprend immédiatement que le navire est condamné, en informe Smith et le prévient qu'il ne restera qu'une heure à flot. C'est une erreur d'estimation de sa part puisque le navire tient finalement 2 heures 40 entre la collision et sa disparition.
Tout au long du naufrage, Andrews parcourt les coursives afin d'encourager les passagers à mettre leurs gilets de sauvetage et à monter sur le pont des embarcations. Andrews est vu pour la dernière fois par le steward John Stewart vers 2 h 10. Il est alors dans le fumoir, l'air anéanti et le regard perdu dans le vide, face au tableau L'Approche du Port de Plymouth de Norman Wilkinson. Il meurt dans le naufrage, et son corps, s'il fut retrouvé, n'a jamais été identifié. Il avait alors 39 ans.
Un mémorial a été inauguré le 26 juin 1920, à Belfast. Il porte le nom de 22 membres d'équipages du Titanic, celui de Thomas Andrews et des 8 ingénieurs qui l'accompagnaient, tous victimes du naufrage. Il fut déplacé en 1959 dans les jardins de l'Hôtel de Ville de Belfast. La ville de Comber a fait bâtir en 1914 le Thomas Andrews Memorial Hall qui est inauguré par la femme de Andrews, Helen, en février 1915. Le Mémorial Hall est aujourd'hui une école primaire.
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