Over afkomst en jeugd van Witteroos valt niets te melden. Tussen 1553 en 1572 woonde hij in Schoonhoven, waar hij bekend was als Thomas de Schilder. Vanaf 1558 voerde hij de titel meester-schilder. Waar of bij wie hij zijn opleiding kreeg is evenmin bekend. Het schildersbedrijf alleen bracht niet voldoende brood op de plank en Thomas Janszoon bekwaamde zich in de landmeetkunde om zijn inkomsten aan te vullen. Zo kreeg hij in 1568 van de Gelderse Rekenkamer opdracht om de in 1567 geconfiskeerde Culemborgse goederen in Gelderland te meten en in kaart te brengen. Op dat moment was er geen gezworen landmeter in gewestelijke dienst, zodat de overheid voor landmeterswerkzaamheden regelmatig een beroep moest doen op landmeters uit de grotere steden in de provincie, of zelfs uit andere provincies. In een ‘barrière’gewest als Gelre – in dit gewest en aan de gewestelijke grenzen vonden voortdurend oorlogshandelingen plaats – was er voor landmeters heel wat werk te verrichten. Landmeetkundige hulp werd ook ingeroepen bij juridische kwesties, waterstaatszaken en bij het opmeten van allerlei percelen. Het gewest kon geen beroep doen op de landmeters Jacob van Deventer [ca. 1505-1575] en Christiaan Sgrooten [ca. 1530-1603/04], die in dienst van Filips II militair-topografische karteringen verrichtten in de Nederlanden. Er was duidelijk behoefte aan een goede landmeter in vaste dienst van Gelre en Zutphen, en Witteroos van zijn kant zocht een vaste betrekking. Hij verzocht, waarschijnlijk nog in 1568, bij de Rekenkamer om een aanstelling als landmeter. Een probleem was echter dat hij nog niet officieel als landmeter was erkend. De Rekenkamer eiste dat hij examen deed bij een erkende landmeter en een attestatie daarvan overlegde, voordat hij in dienst kon treden. In Gelderland was er geen landmeter die hem kon examineren. Tevergeefs probeerde Witteroos een landmeter in Holland te vinden die hem het examen wilde afnemen. Uiteindelijk namen de Gelderse autoriteiten genoegen met verklaringen van de plaatselijke gezagsdragers in Schoonhoven, Lekkerkerk, Krimpen en van de procureur-generaal van de koning aan het Hof van Holland, meester Reinier Moons (1523-1571), waaruit bleek dat Witteroos niet alleen een bekwame landmeter was, maar ook een goed katholiek.

Witteroos legde op 4 november 1569 voor het eerst de eed af voor de ‘Heren van de Rekening’ in de Rekenkamer. Daarna zwoer hij op 17 april 1570 voor het Hof van Gelre, dat hij de koning (Filips II) goed en trouw zou dienen, en alles zou doen wat een goede, onpartijdige, eerlijke en trouwe landmeter en kaartmaker behoorde te doen. Deze procedure was gebruikelijk voor ambtenaren in die tijd. Vanaf dat ogenblik mocht hij zich gezworen landmeter noemen.

Hof en Rekenkamer maakten vanaf de benoeming van Witteroos uitsluitend van zijn diensten gebruik. Het gezag dat Witteroos in Gelderland al snel genoot bleek ondermeer uit het feit dat hij in 1571 een kaart die een juridische kwestie in Gelderland weergaf en door twee Utrechtse landmeters was vervaardigd, moest goedkeuren. Tussen 1568 en 1575 vervaardigde Witteroos in dienst van Filips II en het gewest Gelderland bijna tachtig kaarten, waaronder twee kaartboeken. Van zijn oeuvre zijn 31 kaarten in origineel en twee als 17de-eeuwse kopie bewaard gebleven. Latere landmeters gebruikten regelmatig zijn kaarten als basis voor hun werk.

De voorspoed was echter van korte duur. Schoonhoven, de woonplaats van Witteroos, werd op 1 oktober 1572 ingenomen door admiraal Willem Lumey en zijn watergeuzen, die flink huishielden. De katholieke en koningsgezinde Witteroos werd gedwongen om samen met zijn gezin de vlucht te nemen. Kort daarop verzocht de totaal berooide landmeter de Gelderse Rekenkamer om een vast tractement. Gezien de kwaliteit van zijn werk had hij toch recht op een betere betaling en een vast inkomen, zo meende hij. Witteroos was bereid om zich in Arnhem te vestigen om zo de koning beter te kunnen dienen. Begin november 1572 kreeg hij toestemming van het Hof van Gelre om zich bij het Spaanse leger, dat Zutphen belegerde, te voegen om tekeningen van het beleg te maken.

Twee jaar was Witteroos vervolgens in dienst van de hertog van Alva en diens zoon Don Frederiko, de bedwinger van Zutphen, en verbleef hij in het gevolg van de laatste aldaar. Gedurende deze tijd bracht hij de geconfisqueerde landerijen van deze stad in kaart. Witteroos verbleef in 1573 ook tijdelijk in Utrecht. In december 1573 kreeg hij eindelijk zijn felbegeerde vaste aanstelling op voorwaarde dat hij zich in Arnhem vestigde. In het voorjaar van 1574 verbleef Witteroos echter nog steeds in Zutphen, ondanks herhaald aandringen van de Rekenkamer om in Arnhem te komen wonen.

Op 17 mei 1574 kreeg Witteroos van de stadhouder Gilles van Barlyamont het bevel om aan de vestingwerken van Arnhem te werken. In 1568/69 was er reeds aan de Arnhemse fortificatiën gebouwd onder leiding van ingenieur Francesco Orologio, maar deze ingenieur was in 1569 vertrokken zonder het werk af te maken. Pas in 1574 werd na jarenlang aandringen van de Gelderse zijde bij de landvoogd en de stadhouder, besloten om de vestingwerken te voltooien. Witteroos kreeg de opdracht om nieuwe tekeningen te maken van de door Orologio achtergelaten ontwerpen. In de maanden daarna was Witteroos dagelijks tussen vijf uur ’s ochtends zeven uur ’s avonds op de fortificatiën te vinden. Regelmatig overlegde hij met de stadhouder over de voortgang van het werk. Zo verbleef hij tussen 4 en 12 augustus in diens legerkamp voor het belegerde Zaltbommel voor een werkbespreking aan de hand van zijn tekeningen. Kort daarop maakte Witteroos een dienstreis naar Amsterdam en kocht hij onderweg in Utrecht materialen ten behoeve van de vestingbouw. Verschillende Veluwse dorpen moesten als arbeidsplicht ten behoeve van de vestingwerken graafwerkzaamheden verrichten in de stadsgrachten, en zand leveren. Witteroos controleerde of elk dorp zijn aandeel leverde en of het werk goed werd uitgevoerd. Verder deed hij waterpassingen voor de stadsgrachten van de Rijnpoort tot de Nieuwe Sluis. Arnhemse burgers, wier buiten de Velperpoort gelegen hoven tot fortificatiën vergraven zouden worden, konden, om in aanmerking te komen voor schadevergoeding, hun land laten opmeten en in kaart laten brengen door een beëdigd landmeter.

Op 24 maart 1575 reisde Witteroos in opdracht van de Rekenkamer naar Deventer om daar metingen te verrichten. De toestand op de Veluwe was echter zeer onveilig en de landmeter was voor zijn vetrek door de Rekenkamer er meermaals op gewezen, dat hij de opdracht niet hoefde aan te nemen. Zou hij toch gaan dan was dat voor eigen risico. Geldnood, meer nog dan plichtsbesef, deed hem besluiten de opdracht aan te nemen. Kort nadat hij Arnhem had verlaten werd Thomas Witteroos door opstandelingen overvallen en vermoord. Zijn dode lichaam werd door zijn voerman naar Arnhem teruggebracht. Het gezin van Witteroos bleef onbemiddeld achter.

Witteroos heeft kaarten gemaakt van de domeinen in de Moft (onder Renkum en Ede), het Koenenbosch, Vorchten, de (geprojecteerde) Grift tussen Nijmegen en Arnhem, het veer te Doesburg, de Linge bij Heteren, het dorp Beek in het graafschap Bergh, de weg van Ellekom naar het Doesburgse Veer, de limieten bij Klarewater, de domeinbossen in het Nederrijkswald en Groesbeek, de Waal bij Slijk-Ewijk, tussen Ewijk en Loenen en bij Zaltbommel, geconfisqueerde goederen in Ede, waarden in de IJssel bij Dieren, de venen te Stralen en de Kleine Gelderse Waard in de Rijn. Als kunstenaar en schilder blijft Witteroos tot op heden voor ons een onbekende. Witteroos was een man die overtuigd was van zijn kwaliteiten als schilder en landmeter en hij kwam daar ook bij elke gelegenheid voor uit. Hij wekt soms de indruk, dat hij vond dat men hem niet op de juiste waarde schatte. Regelmatig kwam hij in conflict met de Rekenkamer over de uitbetaling van zijn tractement en de hoogte van zijn declaraties.

Zijn tekenstijl was elegant en zwierig. Soms veroorloofde hij zich op zijn kaarten enige vrijheden als kunstenaar ten koste van de werkelijkheid bij de weergave van topografische details. Ook liet hij zijn artistieke vormgeving nog wel eens prevaleren boven de meetkundige nauwkeurigheid van zijn kaarten. Thomas Janszoon Witteroos was de eerste in een lange rij van gezworen landmeters van Gelderland.