Dopo essersi diplomato in regia e recitazione presso l'Accademia Nazionale d'Arte Drammatica, prima dell'inizio della seconda guerra mondiale, si occupò di teatro come attore, come aiuto-regista e regista e come critico. Negli anni dell'immediato dopoguerra e precisamente nel 1947, si dedicò alla regia cinematografica, realizzando per la Phoenix una cinquantina di documentari d'un certo interesse, incentrati sulla descrizione di ambienti naturali esotici e selvaggi. Nel 1953, sempre per incarico della Phoenix, di cui era documentarista Giorgio Manera, realizzò il suo primo lungometraggio, Eva nera. In esso, la realtà africana umana e sociale era analizzata con acutezza ed ampiezza d'informazione, usando la tecnica del film-inchiesta assai in voga in quegli anni. In base ad essa, il documentario di tipo etnografico serviva come pretesto per un'analisi oggettiva e coraggiosa della realtà locale, spesso osservata con crudezza quasi scientifica. Dopo altre esperienze minori nel campo del corto e del medio metraggio, Tomei, che nel frattempo aveva iniziato anche un'intensa attività televisiva, realizzò nel 1962 un ampio documentario sul Giappone, Il paradiso dell'uomo; tuttavia quest'opera fondata sulla descrizione di particolari aspetti della vita e della società nipponiche non fu immune né da compiacimenti formali né, purtroppo, da fin troppo evidenti interessi spettacolari e commerciali. Tomei, che fu anche sceneggiatore di Africa sotto i mari (1952, regia di Giovanni Roccardi), si dedicò, in anni più recenti, alla regia di cortometraggi didattici.