Thiago Camilo começou a freqüentar os autódromos na barriga da mãe, Mari. Seu pai, José ‘Bel’ Camilo, foi piloto de várias categorias de turismo e encerrou a carreira na Stock V8, no ano em que o filho estava estreando (2003).

A partir de 1994, Thiago começou a colecionar bons resultados nas disputas pela categoria Junior do paulista de kart. Conquistou vários títulos regionais e em 2000 passou a disputar o Campeonato Brasileiro de Stock Car Light.

Thiago pertence a um pequeno grupo de pilotos brasileiros que nunca se interessaram pelo automobilismo de fórmula, e projetou a carreira para o turismo.

Em novembro de 2004, ao ganhar a última corrida da temporada (dia 28 de novembro, em Interlagos), tornou-se o piloto mais jovem a vencer na Stock Car, com 20 anos, dois meses e 8 dias. Naquela temporada, antes de completar 20 anos, tornara-se o piloto mais jovem a obter uma pole position (dia 1º de maio, em Tarumã). Os recordes permanecem.

Depois de sete temporadas na equipe Vogel, onde conquistou oito vitórias e dez pole positions, chegou quatro vezes seguidas à Super Final (de 2006 e 2009) e foi vice-campeão (2009), Thiago Camilo inaugurou em 2011 uma nova parceria, correndo sob a batuta de Rosinei Campos, o Meinha, dono da equipe RCM e campeão de quatro das últimas oito temporadas da Stock Car. Na Ipiranga RCM, Camilo conseguiu a façanha e vencer a corrida de estreia, em Curitiba (PR). Venceu ainda em 2011 mais duas provas, a Corrida do Milhão, em Interlagos (SP), e o GP de Salvador (BA). O piloto da Ipiranga foi quem mais marcou pontos em 2011 (154), mas devido ao regulamento que previa um realinhamento dos dez pretendentes ao título que disputaram a Superfinal, ficou em sétimo. Paralelamente à Stock Car, Thiago Camilo disputou em 2011 o Campeonato Brasileiro de Marcas, sagrando-se campeão.