Han ble døpt Olaus Anthon Thommessen Holtan, men var kjent som Ola Thommessen. Familien eide småbruket Holtan i Borre ved Horten. Det var små kår, selv om faren arbeidet som formann ved marineverftet i Horten. Faren var litteraturinteressert og leste mye for sine barn. Sammen med politimesterens sønn laget Ola Thommessen i ung alder et håndskrevet tidsskrift. Her gav han klart uttrykk for sine meninger, slik han også gjorde da han som 12-åring malte ordene «Leve republikken» på en låvevegg i Borre. Han var avisbud for Horten-avisen Gjengangeren, og allerede som 15-åring fikk han trykt en salme i denne avisen.
Thommessen skaffet seg økonomisk hjelp selv, og sammen med blant andre Arne Garborg gikk han på Henrik Heltbergs «studentfabrikk», og i 1870 tok han en heller dårlig examen artium. Han begynte på filologistudiet og ville egentlig studere norsk, men studiet ble for langvarig og kostbart. Isteden fullførte han jusstudiet på halvannet år og ble cand.jur. i 1877.
Thommessen var først ansatt som journalist i Dagbladet i 1875, deretter i Verdens Gang fra 1876, og var redaktør i avisen fra 1878 til 1910. Han gjorde Verdens Gang til Venstres hovedorgan og til en moderne avis av høy standard. Thommessen vant selv ry som en innflytelsesrik lederskribent og skarpskodd polemiker. I 1910 forlot han avisen etter en konflikt med den økonomiske ledelsen og grunnla samme år Tidens Tegn. Han overlot redaktørstillingen til sin sønn i 1917, men fortsatte som en flittig bidragsyter i avisen.
Politisk tilhørte Thommessen i 1880-årene det rene Venstre, men knyttet senere forbindelse med Christian Michelsen og ble i 1909 en av lederne av Det Frisinnede Venstre. Han utgav en rekke bøker.
Thommessen var etter første verdenskrig blitt en ganske annen skikkelse enn i yngre dager. Hans ungdoms liberal-radikalisme hadde ikke overlevd krigen og den etterfølgende depresjonstiden, og i likhet med mange i sin generasjon var han oppgitt over de parlamentariske forholdene i landet med svake regjeringer, forbundspolitikk og språkstrid. Dessuten var han glødende antikommunist og advarte mot «farlig og fryktelig klassehat» (Tidens guder).
Da det sterkt konservative Fedrelandslaget ble stiftet i 1925, som spydspiss i kampen mot «de røde», var Thommessen med i ledelsen. Etter en suksessrik periode ble lagets betydning mindre utover i 1930-årene. Vidkun Quisling kom inn i bildet, i en periode også i Tidens Tegn, og Ola Thommessen forstod at det politiske samlingshåpet ikke lot seg oppfylle. I 1930-årene mistet han også begge sine sønner, og i 1941 gikk Tidens Tegn inn. Thommessen døde året etter, 90 år gammel, som en nedbrutt mann.
Nasjnalbiblioteket (nb.no) – har flere brev til Thommessen