De etnia croata, seus pais, Tonka e Damir Miličević, mudaram-se para Troy (Michigan) quando Tomo estava no 3º ano. É o irmão mais novo da modelo e atriz Ivana Miličević e o irmão mais velho de Filip.
É conhecido por ser o guitarrista dos 30 Seconds to Mars, mas antes de ter entrado nessa banda, andava numa pequena banda chamada Mophic.
Nos seus tempos de adolescência, Tomo foi baleado numa perna, mas numa entrevista disse que não sentiu nada e queria manter a bala na sua perna, embora os médicos a tivessem retirado.