Boksem Tomasz Adamek zainteresował się w podstawówce. W 1988 roku - miał wtedy 12 lat - rozpoczął treningi w Góralu Żywiec. Kilka lat później przeniósł się do GKS Jastrzębie, gdzie trenował pod okiem Kazimierza Rochalskiego, a późnej trafił do Concordii Knurów, gdzie szkolił go Zbigniew Kicka. Po pierwszych udanych walkach, które zwróciły uwagę fachowców i działaczy, Adamek został powołany do kadry. Tam indywidualne treningi prowadził z nim Janusz Gortat.
W połowie lat 90. pięściarz dwukrotnie zdobył tytuł mistrza Polski seniorów w wadze średniej, a w 1997 roku wywalczył wicemistrzostwo w wadze półciężkiej. Rok później przyszedł pierwszy sukces na arenie międzynarodowej - na mistrzostwach Europy amatorów w Mińsku Adamek zdobył brązowy medal w wadze półciężkiej. W półfinale turnieju w Mińsku polski bokser przegrał z Rosjaninem Aleksandrem Lebziakiem, który rok wcześniej wywalczył tytuł mistrza świata, a w 2000 roku został mistrzem olimpijskim.
W sumie w boksie amatorskim Tomasz Adamek stoczył 120 walk, wygrał 108 z nich.
W 1999 roku za namową Andrzeja Gmitruka Adamek zrezygnował z przygotowań do olimpiady w Sydney i rozpoczął karierę w boksie zawodowym. Jego pierwszym promotorem był Brytyjczyk cypryjskiego pochodzenia Panos Eliades, który prowadził wcześniej między innymi byłego mistrza świata Lennoxa Lewisa.
Pierwsze walki w zawodowym ringu Adamek stoczył w Wielkiej Brytanii w 1999 roku. W debiucie przez nokaut już w pierwszej rundzie pokonał reprezentanta RPA Israela Khumalo. Pierwszym trudnym przeciwnikiem okazał się jednak dopiero Sycylijczyk z belgijskim paszportem Rudi Lupo, z którym polski pięściarz zmierzył się w 2001 roku. Wywalczył wówczas tytuł interkontynentalny mało znanej organizacji IBC.
Rok później Adamek zdobył tytuł Międzynarodowego Mistrza Polski (pokonał na punkty Amerykanina Clarka Laverne), a w 2003 roku po zwycięskim pojedynku z Edem Daltonem (USA) zapisał na swoim koncie mistrzostwo interkontynentalne federacji IBF. Kilka miesięcy później po potyczce z Rosjaninem Gabraiłem Gabraiłowem Adamek został interkontynentalnym mistrzem federacji WBO.
W 2004 roku polski bokser podpisał kontrakt ze słynnym promotorem Donem Kingiem i wyjechał do Stanów Zjednoczonych. W nawiązaniu kontaktu z Kingiem pomogli Adamkowi Andrzej Gołota i Ziggy Rozalski. Za Oceanem pięściarz rozpoczął treningi w chicagowskim Windy City Gym, właśnie u boku Gołoty i pod okiem jego trenera Sama Colonny.
Już dwa miesiące później Adamek otrzymał propozycję walki o wakujący pas mistrzowski federacji WBC po Antonio Tarverze. 21 maja 2005 roku w hali United Center w Chicago zmierzył się z Australijczykiem Paulem Briggsem. Wygrał na punkty (stosunkiem sędziowskich głosów dwa do remisu) i wywalczył mistrzostwo świata federacji WBC w kategorii półciężkiej. Co ciekawe, polski pięściarz wszedł do ringu zaledwie cztery tygodnie po złamaniu nosa, jakiego doznał podczas sparingu. Już w drugiej rundzie Briggs złamał mu nos ponownie, ale to nie przeszkodziło Adamkowi wygrać 12-rundowego pojedynku. Wtedy też po raz pierwszy w drodze do ringu towarzyszył naszemu bokserowi utwór Funky Polaka "Pamiętaj".
Pierwszą walkę w obronie mistrzowskiego tytułu Adamek stoczył w październiku 2005 roku. W szóstej rundzie znokautował wówczas Niemca Thomasa Ulricha.
Rok później polski pięściarz znów spotkał się w ringu z Paulem Briggsem, który domagał się rewanżu za przegraną walkę z 2005 roku. Podczas gali w chicagowskiej Allstate Arena, podobnie jak półtora roku wcześniej, sędziowie wytypowali zwycięstwo Adamka stosunkiem głosów dwa do remisu.
W lutym 2007 roku Polak poniósł pierwszą porażkę w zawodowym ringu. W Silver Spurs Arena w Kissimmee na Florydzie zmierzył się z Amerykaninem Chadem Dawsonem. Przegrał na punkty i musiał oddać tytuł mistrza świata federacji WBC w wadze półciężkiej.
Cztery miesiące później Adamek znów wszedł do ringu. Podczas gali w katowickim Spodku pokonał w siódmej rundzie przez techniczny nokaut Panamczyka Luisa Pinedę i zdobył tytuł mistrza świata federacji IBO w nowej dla siebie kategorii - junior ciężkiej.
W kwietniu 2008, również w Katowicach, Adamek stoczył pojedynek z Amerykaninem O'Neilem Bellem. Wygrał przez techniczny nokaut w siódmej rundzie. Walka z Bellem była pojedynkiem eliminacyjnym, który dawał zwycięzcy prawo przystąpienia do konfrontacji z Amerykaninem Stevem Cunninghamem - wówczas mistrzem świata wagi junior ciężkiej federacji IBF. Adamek pokonał go na punkty osiem miesięcy później, zdobywając pas mistrzowski. Walkę zorganizowano w hali Prudential Center w Newark. Co ciekawe, była to druga porażka w karierze Cunninghama. Wcześniej pokonał go inny Polak - Krzysztof "Diablo" Włodarczyk.
Za pojedynek z amerykańskim pięściarzem redakcja prestiżowego magazynu "The Ring" uhonorowała Adamka tytułem Championa i wręczyła mu pamiątkowy pas.
W lutym 2009 roku w hali Prudential Center w Newark polski bokser stoczył pierwszą walkę w obronie tytułu mistrza świata IBF w kategorii junior ciężkiej. Amerykanina Johnathona Banksa znokautował w ósmej rundzie. Dodatkowo, poza obroną tytułu IBF, wywalczył wówczas pas federacji IBO.
Kilka miesięcy później Adamek ponownie obronił tytuł mistrza świata organizacji IBF. W Newark po zaledwie 12 minutach walki pokonał Amerykanina Bobby'ego Gunna.
Waga ciężka
W październiku 2009 roku Tomasz Adamek oficjalnie zrzekł się mistrzowskiego tytułu federacji IBF, by przejść do wyższej kategorii wagowej. Niespełna tydzień później stanął w ringu naprzeciw Andrzeja Gołoty. Stawką pojedynku był interkontynentalny pas IBF w wadze ciężkiej. Walkę w łódzkiej Atlas Arenie Adamek wygrał przez techniczny nokaut w piątej rundzie.
W lutym 2010 roku w hali Prudential Center w Newark polski pięściarz stoczył wyrównany pojedynek z Amerykaninem Jasonem Estradą. Wygrał na punkty (115:113, 116:112, 118:110)a miesiące później Adamek ponownie obronił pas IBF, a przy okazji zdobył pas mistrza NABO. W hali Citizens Business Bank Arena w Ontario pokonał na punkty Amerykanina pochodzenia meksykańskiego Chrisa Arreolę (sędziowie wytypowali zwycięstwo Polaka stosunkiem głosów dwa do remisu - 114:114, 117:111, 115:113). Walka z Arreolą była pierwszą, w której Adamka prowadzili Roger Bloodworth i Ronnie Shields.
W sierpniu 2010 roku w Newark Polak spotkał się w ringu z mierzącym 201 cm i ważącym 20 kg więcej Amerykaninem Michaelem Grantem, którego pokonał zdecydowanie na punkty (117:111, 118:110, 118:111). Była to 43. walka Tomasza Adamka w zawodowym boksie (42. wygrana).
10 grudnia Adamek pokonał przez techniczny nokaut w 5. rundzie Amerykanina Vinny'ego Maddalone'a.