Johannes Poul Thomsen, der var søn af gartner Marius Thomsen og hustru Kirstine Johnsen, havde allerede som barn en drøm om at blive skuespiller. Han blev student i 1943 og begyndte på Studenterscenen 1944-45. Derefter blev han uddannet på Odense Teaters elevskole 1945-1947, hvor han den 22. april 1946 fik sin debut som Lille Ulriksen i "Silkeborg". I elevtiden arbejdede han som regissør, sufflør og programredaktør ved teatret. Han var tilknyttet Odense Teater til 1949 og blev senere teaterdirektør for Lille Scene i Ålborg, hvor han både instruerede og spillede. Han oversatte teaterstykker fra engelsk og fransk til Lille Scene i Ålborg og Nørrebros Teater. Poul Thomsen medvirkede i 1956 i revyen "I skoven skulle være gilde" i Rottefælden i Svendborg, hvor han bl.a. sang sommerens melodi "Aftenklokker". Da han i 1957 kom til København læste han videre hos Elith Pio og arbejdede sammen med Sam Besekow på flere teatre. Det var i København han udviklede sit talent i alle teatrets genrer ved engagementer på Ungdommens Teater, Fiolteatret, Comediehuset, Gladsaxe Teater og Folketeatret. Han var med til at starte Fiolteatret og det var ikke mindst på de små scener at hans intime spillestil kom til sin ret. Repertoiret var meget vidtfavnende, f.eks. havde han roller som Henrik i "Maskarade", Truffaldino i "Een tjener og To herrer", kokken i "Køkkenet" og røveren i "Lig til salg". Endvidere medvirkede han som Josef i Rifbjerg og Jensens krybbespil "Diskret Ophold". På Fiolteatret slog han i 1962 sit navn fast med sin fortræffelige udlægning af den lille pæne borgermand i "The Zoo Story" og året efter i "Hva' skal vi lave". I mange år var Poul Thomsen også een af de mest benyttede skuespillere i Radioteatret, hvor hans præstation i "De Dødes Rige" var een af de bedste. Desuden vandt han i radioen ikke mindst respekt som den fremragende oplæser han var. Han huskes bl.a. for sin oplæsning af "Skatteøen". I TV-Teatret spillede han bl.a. med i "Smuglerne" (1971) og havde rollen som Hygum i Hans Kirks "Fiskerne" (1977). Poul Thomsen indtalte i de senere år en mængde lydbøger.us. Poul Thomsen blev i 1949 skilt fra skuespillerinden Lone Luther og blev den 29. september 1950 gift på Frederiksberg Rådhus med skuespillerinden Kirsten Aller og senere den 18. juli 1952 på Københavns Rådhus med skuespillerinden Toni Biering. Dette ægteskab varede til 1954. Poul Thomsen blev siden gift den 24. september 1960 på Frederiksberg Rådhus med tegneren Åse Scharling og parret fik sammen datteren Lene og sønnen Mads. Inden sin død dannede Poul Thomsen par med Gerd Hannestad.