在2011年的NBA選秀中，特里斯坦·湯普森被克里夫蘭騎士隊在首輪第4順位選中。隨后，他在12月10日與騎士隊簽訂了為期4年，總價值1744萬美元的合同，該合同至2015年夏天到期，并包含2014夏的球隊選項。2012年2月9日，NBA官方公布了參加2012年奧蘭多全明星周末“新秀挑戰賽”的球員名單，特里斯坦·湯普森作為騎士隊的新秀入選。在新秀賽中，湯普森以其出色的表現，11投10中砍下了20分。同年5月23日，NBA官方正式公布了2011-12賽季最佳新秀陣容，特里斯坦·湯普森入選“最佳新秀陣容第二隊”。該賽季，湯普森場均上場23.7分鐘，貢獻8.2分、6.5籃板，其中包括場均3.1個進攻籃板。2013年2月8日，特里斯坦·湯普森再次入選NBA官方公布的2013年休斯頓全明星周末“新秀挑戰賽”參賽名單。2月27日，騎士客場97-91擊敗凱爾特人，湯普森全場貢獻29分和17籃板。3月13日，在騎士對陣凱爾特人的比賽中，湯普森搶下個人生涯最高紀錄的17個籃板球。10月24日，騎士隊宣布執行湯普森新秀合同第四年的球隊選項。12月5日，在騎士主場98-88擊敗丹佛掘金的比賽中，湯普森得到了17分和生涯新高的21個籃板。2012-13賽季，湯普森打滿82場比賽并全部首發，場均31.3分鐘拿下11.7分9.4個籃板。2014年1月27日，騎士隊在比賽中輸給了菲尼克斯太陽隊，湯普森得到了17分13個籃板。這也是湯普森該賽季的第22次兩雙，是他過去10場比賽中的第8場兩雙比賽。2月13日，依靠湯普森在比賽末節的14分7籃板以及歐文的關鍵三分，騎士隊逆轉底特律活塞贏得四連勝，湯普森全場貢獻25分15籃板。2013-14賽季，湯普森常規賽全勤，這是他連續第二個賽季常規賽全勤。他在場均31.6分鐘內可以得到11.7分和9.2個籃板，這與2012-13賽季的表現相差無幾。11月1日，在騎士隊114-108擊敗芝加哥公牛隊的比賽中，湯普森全場搶到12個進攻籃板，刷新了個人生涯紀錄，同時也追平了隊史紀錄。11月5日，在騎士和波特蘭開拓者的比賽中，湯普森僅出場22分鐘就拿下了10分8籃板，其中5個是前場籃板。12月6日，騎士客場以105-91擊敗多倫多猛龍，湯普森出場近33分鐘，13投8中得到21分，其中14個籃板，9個為前場籃板。2015年1月15日，湯普森拒絕了騎士提供的年薪1300萬的續約合同，據悉續約合同為4年5200萬，賽季結束后他將成為自由球員。1月19日，在騎士客場擊敗洛杉磯快船的比賽里，湯普森拿到賽季新高的24分，還搶到12個籃板球。3月8日，騎士主場89-79戰勝菲尼克斯太陽，湯普森在28分46秒上場時間9投6中得到15分，積極態度拼搶到12個籃板，其中8個為進攻籃板。10月22日，湯普森與騎士達成協議，簽下一紙長達5年8200萬美元的合約。11月20日，騎士主場115-100擊敗密爾沃基雄鹿。本場比賽是湯普森連續出戰的第300場比賽，他的連續出場次數僅次于德安德魯·喬丹，排在現役球員中的第二位，在騎士隊史上排名第四。12月12日，騎士在客場以111-76戰勝了奧蘭多魔術。在比賽中，湯普森打了20分鐘，拿到了2分6籃板1搶斷。這樣一來，湯普森職業生涯的籃板球總數已經達到了2787個，超越了蒂龍-希爾的2785個籃板，排在了騎士隊史籃板球總數排行榜的第十位。2016年3月19日，騎士以109-103戰勝了魔術，湯普森本場比賽替補出場28分鐘，6投3中得到了11分15籃板1助攻4搶斷2蓋帽。其中，在關鍵的第四節，湯普森得到了9分10籃板3搶斷的數據。這是自1983-84賽季以來，聯盟首位在替補出場的情況下，得到15籃板4搶斷2蓋帽的球員，湯普森這場比賽的表現是聯盟近33年來首人。3月30日，騎士主場迎戰休斯頓火箭，湯普森替補登場。湯普森已經連續出戰了362場比賽，打破了由吉姆-瓊斯保持的連續出戰次數隊史紀錄（361場）。4月14日，騎士主場經過加時以110-112不敵活塞，湯普森全場比賽打了5秒鐘，這讓他連續出場紀錄達到了370場。特里斯坦·湯普森的身高為2.06米，裸足身高2.03米，體重102.9公斤，臂展2.15米，原地摸高2.74米，體脂含量6.2%，原地彈跳高度0.762米，助跑彈跳高度0.889米，84公斤臥推次數9次，禁區往返跑10.92秒，3/4場沖刺3.26秒。