Mens han var i murerlære, gik han på Kunstakademiets bygningsskole og ornamentskole fra 1855-1862. Herefter blev han elev hos to forskellige arkitekter.I 1868 begyndte Thomas Arboe at arbejde ved de jysk-fynske jernbaners tegnestue i Aarhus. Her tegnede Arboe stationsbygninger, ofte i røde eller gule mursten. Han var med til at tegne Aarhus Hovedbanegård i dennes anden version. Det var den bygning, der blev revet ned da man begyndte på den nuværende hovedbanegård.