Πολλά στοιχεία για τον παλαιό ναό του Αγίου Θωμά βρίσκουμε στο βιβλίο του Γιώργου Πάλλη «ΜΑΡΟΥΣΙ Δοκίμιο Τοπικής Ιστορίας», όπου διαβάζουμε:
«Βρίσκεται στην οδό που φέρει το όνομά του, στο αλλοτινό Κάτω Μαρούσι. Είναι μονόχωρος δρομικός ναός διαστάσεων 5.70 x 9.60, καμαροσκέπαστος με ημικυκλική αψίδα ιερού. Μεγάλη αντηρίδα υποστηρίζει όλη τη νότια πλευρά. Στην τοιχοποιία από αργολιθοδομή έχει γίνει χρήση παλαιότερου υλικού. Στον αυλόγυρο υπάρχουν συγκεντρωμένα ανάγλυφα αρχιτεκτονικά μέλη των παλαιοχριστιανικών χρόνων, ενώ κάποια άλλα έχουν επαναχρησιμοποιηθεί κατά την αποκατάσταση του μνημείου στο βόρειο παράθυρο.
Επιστύλιο του 9ου αι. διατηρείται εντοιχισμένο επάνω από την είσοδο του ναού. Στο εσωτερικό διατηρούνται κατά τόπους ίχνη τοιχογραφιών, πολύ κατεστραμμένων από πυρκαγιά, τις οποίες ο Ορλάνδος τοποθετεί στον 17ο αι.
Ο Άγιος Θωμάς ανάγεται στους χρόνους της Τουρκοκρατίας, πιθανώς στον 17ο αι., εάν ληφθεί υπόψιν η χρονολόγηση των τοιχογραφιών. Αναφέρεται για πρώτη φορά στις πηγές μόλις το 1824. Είναι πιθανό να σχετίζεται με την οικογένεια των Χωματιανών στην οποία μαρτυρείται το βαπτιστικό Θωμάς. Δεν είναι επίσης γνωστό ποια ακριβώς θέση είχε στον οικισμό του Κάτω Μαρουσιού, αν ήταν απλό εξωκκλήσι ή αν χρησίμευε ως ναός των εκεί κατοίκων.
Μετά την επανάσταση του 1821 η εκκλησία εγκαταλείφθηκε, προφανώς ύστερα από καταστροφή. Η αποκατάστασή της έγινε μόλις γύρω στο 1930, με τη φροντίδα του Χρήστου Ηλιόπουλου, που είχε αναστηλώσει τη Νερατζιώτισσα, και οικογενειών της περιοχής (Πιτταρά, Δούση, Τυροβολά, Βλαστάρη, Μελετάκου κα).
Παρόλο που δεν έλειψαν κάποιες επεμβάσεις στο κτίσμα (όπως διάνοιξη παραθύρου και προσθήκη αντηρίδων στη βόρεια πλευρά), οι εργασίες αυτές σεβάστηκαν και διατήρησαν σε μεγάλο βαθμό την αρχική μορφή του.
Μεταπολεμικά, όταν ο Άγιος Θωμάς αναδείχθηκε σε ενοριακό ναό, προστέθηκε νάρθηκας. Το 1972 κηρύχθηκε διατηρητέο μνημείο.
Άγιος Θωμάς Αμαρουσίου 