Urodził się 9 listopada 1904 r. w Warszawie. Duży wpływ na jego rozwój duchowy wywarła matka, która wychowywała go w atmosferze religijnej i patriotycznej. Do 11. roku życia mieszkał w stolicy, potem ze względów zdrowotnych trzy lata spędził w szwajcarskim Fryburgu.

Po powrocie do Polski przebywał w Kijowie a później w Lublinie, gdzie w 1922 r. w Gimnazjum im. Stefana Batorego zdał maturę. Ukończył też lubelską szkołę muzyczną im. Stanisława Moniuszki. Działał też w harcerstwie. Studiował historię i filozofię na KUL-u, gdzie był czynnym członkiem Sodalicji Mariańskiej.

W 1923 r. wstąpił do nowicjatu Towarzystwa Jezusowego w Starej Wsi, pierwsze śluby złożył dwa lata później w Nowym Sączu. Tam też, a później w Krakowie, kontynuował studia filozoficzne. W 1928 r. przyjechał do Wilna i objął stanowisko wychowawcy w konwikcie oraz wykładowcy w jezuickim Gimnazjum św. Kazimierza.

W tym czasie studiował też w tamtejszym Konserwatorium Muzycznym na wydziale nauczycielskim, po zaliczeniu egzaminów stał się zawodowym nauczycielem muzyki i pedagogiem. Swoją naukową działalność rozwijał w lubelskim Kolegium Bobolanum, gdzie studiował teologię.

Święcenia kapłańskie uzyskał w czerwcu 1935 r. Po ukończeniu studiów powrócił do pracy w wileńskim gimnazjum, gdzie był nauczycielem śpiewu. Włączył się też ponownie do ruchu sodalicyjnego i harcerstwa. W 1937 r. odbył kurs harcmistrzowski i mianowany został - jako pierwszy jezuita - harcmistrzem.

Podczas kampanii wrześniowej pomagał rannym obrońcom Lwowa. Od 1940 r. przebywał w Warszawie, gdzie pełnił funkcję ekonoma w domu zgromadzenia przy ul. Rakowieckiej, później został przeniesiony do kościoła oo. jezuitów przy ul. Świętojańskiej. Działał w konspiracji, objął opieką duszpasterską harcerskie Szare Szeregi, brał udział w tajnym nauczaniu, pomagał w ratowaniu Żydów. Dla warszawskich dzieci zorganizował świetlicę i stołówkę.

W czasie powstania warszawskiego był kapelanem akowskich batalionów „Wigry” i „Gustaw”. 2 września, po kapitulacji Starówki, kiedy powstańcy ewakuowali się kanałami do Śródmieścia, został z ciężko rannymi. Aresztowany przez Niemców, uciekł z kolumny prowadzonej do obozu w Pruszkowie. Przez miesiąc ukrywał się w ruinach, po czym wyszedł z Warszawy. Do przejścia frontu pełnił funkcję duszpasterza w podwarszawskich miejscowościach.

Na początku 1945 r. przeniósł się do Łodzi, gdzie został duszpasterzem akademickim. Był prefektem szkół średnich, działał w harcerstwie. Zorganizował szereg katolickich stowarzyszeń - Sodalicję Mariańską, Iuventus Christiana, Caritas Akademica. Był popularnym spowiednikiem, zwłaszcza wśród młodzieży i studentów, do jego konfesjonału ustawiały się długie kolejki.

Przez ten czas dwukrotnie, w 1947 i w 1949 r. był wzywany na przesłuchania przez UB. Ostatecznie 22 stycznia 1950 r. został aresztowany i osadzony w areszcie Wojewódzkiego Urzędu Bezpieczeństwa Publicznego w Łodzi. Po przewiezieniu do Warszawy przebywał w więzieniach na Koszykowej i Rakowieckiej, gdzie spędził 11 miesięcy.

Po półtorarocznym śledztwie zakończonym rozprawą sądową, za rzekomą działalność antypaństwową został we wrześniu 1951 r. skazany na 12 lat więzienia. Składowi sędziowskiemu przewodniczył mjr Mieczysław Widaj. Wyrok odsiadywał w zakładzie karnym we Wronkach, prowadząc tam intensywną pracę duszpasterską wśród więźniów.

Na wolność wyszedł w 1956 r. w wyniku amnestii. Podjął pracę w Kaliszu jako opiekun w jezuickim nowicjacie. W latach 1957-1963 był duszpasterzem środowisk akademickich i katolickiej inteligencji w Łodzi. W 1963 r. został wysłany do Rzymu do pracy w polskiej sekcji Radia Watykańskiego, którą kierował w latach 1967-1973. Był korespondentem i uczestnikiem Soboru Watykańskiego II.

W 1973 r. przyjechał do Polski na jubileusz 50-lecia życia zakonnego. Zmarł 9 marca 1974 r., został pochowany w Łodzi w grobowcu jezuitów na cmentarzu na Dołach.

O. Tomasz Rostworowski był odznaczony Orderem Virtuti Militari V klasy, dwukrotnie Krzyżem Walecznych, Złotym Krzyżem Zasługi z Mieczami i pośmiertnie Krzyżem Komandorskim Orderu Odrodzenia Polski.