Thierry Sarmant se forme à l'École nationale des chartes, où une thèse sur l'histoire du Cabinet des médailles de la Bibliothèque nationale lui permet d'obtenir le diplôme d'archiviste paléographe (1993)[2]. Il poursuit ses recherches en dédiant sa thèse de doctorat aux collectionneurs de médailles sous l'Ancien Régime (université de Paris-I-Panthéon Sorbonne, 1999)[3].
Devenu conservateur du patrimoine au Service historique de l'Armée de terre, il contribue à la modernisation de son service, publie de nombreux inventaires d'archives et entreprend des recherches mettant en valeur les fonds dont il a la charge. Il travaille particulièrement sur Louvois, auquel il consacre plusieurs études et soutient en 2009 son mémoire d'habilitation à diriger des recherches consacrée aux pratiques de gouvernement sous Louis XIV[4].
Directeur adjoint du Département des monnaies, médailles et antiques de la Bibliothèque nationale de France de 2006 à 2009[5], il devient en 2010 responsable des collections de monnaies et médailles du musée Carnavalet, puis directeur adjoint de ce musée. Il y est commissaire des expositions Les Couleurs du ciel : peintures des églises de Paris au XVIIe siècle (2012-2013) et Napoléon et Paris : rêves d'une capitale (2014-2015).
En 2016, il est de nouveau nommé au Service historique de la Défense, comme chef du département des fonds d'archives puis comme chef du Centre historique des archives.
Il devient en 2018 directeur des collections du Mobilier national. Il y est commissaire général des expositions Créer pour Louis XIV : Colbert, Le Brun et les manufactures de la Couronne (2019) et Palais disparus de Napoléon (2021-2022).
Il rejoint les Archives nationales en 2022.
De 2011 à 2018, il dirige la collection « Portraits historiques » aux éditions Belin. Il a reçu, le , le 39e Prix de la Fondation Pierre Lafue pour son ouvrage 1715 : la France et le monde édité chez Perrin.
Le Cabinet des médailles de la Bibliothèque nationale, 1661-1848, Paris : École des chartes, 1994, 403 p. (ISBN2-900791-09-X)
Moscou reconstruite vue par un officier peintre, 1819-1830 : dessins et aquarelles de la collection du ministre de la Défense, Vincennes : Service historique de l’armée de Terre, 1998 [catalogue d'exposition, Moscou, 1998] (en collaboration avec Isabelle Bruller et Dimitri Chvidkovski). 54 p. (ISBN2-86323-117-0)
La Roumanie dans la Grande guerre et l'effondrement de l'armée russe, éd. critique des rapports du général Berthelot, chef de la Mission militaire française en Roumanie (1916-1918), Paris : L'Harmattan, 2000, 468 p. (avec Jean-Noël Grandhomme et Michel Roucaud) (ISBN978-2747501545)
Pouvoir politique et autorité militaire en Algérie française. Hommes, textes, institutions (1945-1962), Vincennes : Service historique de l'Armée de terre/Paris : L'Harmattan, 2002, 407 p. (avec Michel Hardy et Hervé Lemoine) (ISBN978-2111288102)
La Place Vendôme : art, pouvoir et fortune [catalogue de l'exposition, Paris, 2002] Paris : Action artistique de la Ville de Paris, 2002, 310 p. (dir. avec Luce Gaume) (ISBN2-913246-41-9)
Les Demeures du Soleil. Louis XIV, Louvois et la surintendance des Bâtiments du roi, Seyssel : Champ Vallon, 2003, 387 p. (ISBN2-87673-381-1)
La République des médailles. Numismates et collections numismatiques à Paris du Grand siècle au siècle des Lumières, Paris : H. Champion, 2003, 436 p. (ISBN2-7453-0695-2)
Vauban : l'intelligence du territoire, Paris : Éditions Nicolas Chaudun / Vincennes : Service historique de la Défense, 2006, 175 p. (avec Martin Barros et Nicole Salat) (ISBN2-35039-028-4)
Architecture et beaux-arts à l’apogée du règne de Louis XIV : édition critique de la correspondance du marquis Louvois, surintendant des Bâtiments du roi, arts et manufactures de France conservée au Service historique de la Défense, t. I, 1683-1684, Paris : Comité des travaux historiques et scientifiques, 2007 ; t. II, 1685, 2009 (codir. avec Raphaël Masson) (ISBN978-2-7355-0644-6)
Les Ministres de la Guerre (1570-1792). Histoire et dictionnaire biographique, Paris : Belin, 2007, 653 p. (dir.) (ISBN978-2-7011-4505-1)
Politique, guerre et fortification au Grand Siècle. Lettres de Louvois à Louis XIV, Paris : Société de l'histoire de France/Vincennes : Service historique de la Défense, 2007, 320 p. (avec Nicole Salat) (ISBN978-2354071042)
Gouvernement et haut commandement au déclin de la IIIe République : édition critique des procès-verbaux du Comité de guerre, 1939-1940, Paris-Vincennes : Comité des travaux historiques et scientifiques-Service historique de la Défense, 2009. 186 p. (codir. avec Ségolène Garçon) (ISBN978-2-7355-0673-6)
Régner et gouverner : Louis XIV et ses ministres, Paris : Perrin, 2010, 661 p. (avec Mathieu Stoll) (ISBN978-2-262-02560-1)
Le Grand siècle en mémoires, anthologie, Paris : Perrin, 2011, 516 p. (ISBN978-2-262-03332-3)
Le Musée idéal de l'histoire de France, Paris : Nouveau Monde, 2011, 351 p. (ISBN978-2-84736-633-4)
Louis XIV homme et roi, Paris : Tallandier, 2012, 605 p. (ISBN978-2847347227)
Louis XIV et Paris. Collections du musée Carnavalet, Paris : Paris-Musées, 2013, 71 p. (ISBN978-2-7596-0213-1)
1715 : la France et le monde, Paris : Perrin, 2014, 461 p. - Prix Pierre Lafue 2015 (ISBN978-2-262-03331-6)
Louis XIV : l'univers du Roi-Soleil, Paris, Versailles : Tallandier, Château de Versailles, 2014, 224 p. (avec Alexandre Maral) (ISBN979-10-210-0637-9)
Napoléon et Paris, rêves d'une capitale [catalogue de l'exposition, Paris, Musée Carnavalet, 2015], Paris : Paris musées, 2015, 240 p. (codir. avec Florian Meunier, Charlotte Duvette et Philippe de Carbonnières) (ISBN978-2-7596-0292-6)
Pierre le Grand. Un tsar en France 1717 [ catalogue de l'exposition, Versailles, Trianon, 2017], Paris, Versailles : Lienart, Château de Versailles, 2017, 240 p. (codir. avec Gwenola Firmin et Francine-Dominique Liechtenhan) (ISBN9782359062014)
Vincennes : mille ans d'histoire de France, Paris : Tallandier, 2018, 399 p. (ISBN979-10-210-2157-0)
Créer pour Louis XIV : Colbert, Le Brun et les manufactures de la Couronne [catalogue de l'exposition, Paris, Mobilier national, 2019], Paris : Mobilier national-Silvana Editoriale, 2019, 200 p. (dir.) (ISBN978-8836642861)
Histoire mondiale des cours, Paris : Perrin, 2019, 480 p. (dir. avec Victor Battaggion) (ISBN978-2262072865)
Le Grand Colbert, Paris : Tallandier, 2019, 509 p. (avec Mathieu Stoll) (ISBN979-1021025806)
Pierre le Grand : la Russie et le monde, Paris : Perrin, 2020, 558 p. (avec la collaboration de Jean-Pierre Sarmant) (ISBN978-2262048143)
L'Hôtel de Bourrienne. Aventures entrepreneuriales, Paris : Tallandier, 2020, 144 p. (ISBN979-1021039575)
Laques : regards croisés [catalogue de l'exposition, Paris : Bibliothèque Forney, 2020], Villemur-sur-Tarn : Mobilier national / Loubatières, 2020, 78 p. (codir. avec Isabelle Emmerique et Thibauld Mazire) (ISBN978-2862667836)
Palais disparus de Napoléon. Tuileries, Meudon, Saint-Cloud, [catalogue de l'exposition, Paris, Mobilier national, 2021], Paris : Mobilier national / In Fine, 2021, 406 p. (dir.) (ISBN978-2382030387)
Catherine II de Russie ou le sexe du pouvoir, Paris : Calype, 2022, 106 p. (avec la collaboration de Jean-Pierre Sarmant) (ISBN978-2494178038)
Le Régent. Un prince pour les Lumières, Paris : Perrin/Bibliothèque nationale de France, 2023, 256 p. (ISBN978-2262096090)
L'Envers du Grand Siècle. Madame Palatine, le défi au Roi-Soleil, Paris : Flammarion, coll. « Au fil de l'histoire », 2024, 352 p.[8] (ISBN9782080270047)
Lorenzo Magalotti. Journal de France de l'année 1668. Un diplomate florentin à Paris sous Louis XIV, éd. critique, Paris-Milan : Mobilier national / Silvana Editoriale, 2024. 216 p. (en collaboration avec Annonciade Russo et Emmanuelle Federspiel) (ISBN 978883658428)