L'edificio sorge contestualmente alla fondazione del monastero benedettino femminile, del quale si ha già notizia nel 1059, in un documento nel quale Papa Niccolò II ne conferma i privilegi abbaziali. La fondazione della chiesa, in un tratto di pianura compresa tra i torrenti Orco e Malone, ha sicuramente avuto come modello la grande abbazia di Fruttuaria distante pochi chilometri da Busano, creata a partire dal 1003 per iniziativa di Guglielmo da Volpiano. San Tommaso subisce nei secoli il declassamento a prevostura, probabilmente in seguito alla distruzione del monastero, come si apprende dalle Cronache di Fruttuaria, ancora alle dipendenze dell'abbazia di San Benigno negli anni 1368-1370, come registrato nel Liber decimarum della diocesi di Ivrea. A sud della chiesa è presente un'abitazione privata che occupa parte dello spazio dove si sviluppava l'antico chiostro e gli edifici collegati alla vita del monastero, come farebbero presagire tratti di muri costituiti da ciottoli disposti a spina di pesce, inglobati nella muratura dell'edificio.