สถานีตำรวจภูธรทมอ ปัจจุบันตั้งอยู่เลขที่ ๑๐๒ หมู่ที่ ๑ ตำบลโคกยาง อำเภอปราสาท จังหวัดสุรินทร์ มีพื้นที่รับผิดชอบ ๒ ตำบล คือตำบลทมอ และตำบลโคกยาง
เมื่อ พ.ศ. ๒๕๐๙ นายอาจ ชุ่มสูงเนิน ผู้ใหญ่บ้าน และนายพลอย ขบวนฉลาด กำนันตำบลทมอ อำเภอปราสาท จังหวัดสุรินทร์ ได้จองที่ดินไว้เพื่อจัดทำเป็นสนามกีฬาสำหรับประชาชน ต่อมาทางราชการมีโครงการที่จะจัดตั้งสถานีตำรวจเพื่อป้องกันปราบปรามโจรก่อการร้ายในตำบลที่มีเส้นทางคมนาคมห่างไกลจากตัวอำเภอ
เมื่อ ปี พ.ศ. ๒๕๑๒ ทางราชการได้จัดสรรงบประมาณในการก่อสร้างที่ตำบลทมอ นายทองอินทร์ เลิศสิทธิ์ กำนันตำบลทมอ ได้เลือกที่ดินซึ่งได้สงวนไว้เป็นสนามกีฬาสำหรับประชาชน เป็นที่ก่อสร้าง โดย เรียกชื่อสถานีตำรวจตามแหล่งที่ตั้ง ว่า “สถานีตำรวจภูธรตำบลทมอ” มี จ่าสิบตำรวจวิง เพิ่มงาม ดำรงตำแหน่งเป็นหัวหน้าสถานีตำรวจ เป็นคนแรก
เมื่อ ๑ พฤษภาคม พ.ศ.๒๕๒๒ มีพระราชกฤษฎีกา จัดตั้งตำบลโคกยาง โดยแยกจากตำบลทมอ สถานีตำรวจ ซึ่งตั้งอยู่ที่บ้านโคกยาง ตำบลโคกยาง จึงยังคงชื่อสถานีตำรวจภูธรตำบลทมอ เหมือนเดิม
ต่อมาในปี พ.ศ. ๒๕๕๐ สถานีตำรวจภูธรตำบลทมอ ได้รับการยกฐานะจากระดับรองสารวัตรเป็นหัวหน้าสถานีตำรวจ เป็นระดับสารวัตร มีอำนาจในการสอบสวน และเปลี่ยนแปลงชื่อเป็น “สถานีตำรวจภูธรทมอ” ตามประกาศสำนักงานตำรวจแห่งชาติ เรื่องการจัดตั้งสถานีตำรวจภูธรและเปลี่ยนแปลงชื่อสถานีตำรวจภูธร พ.ศ.๒๕๕๐
ในปี พ.ศ. ๒๕๕๓ สถานีตำรวจภูธรทมอ ได้รับการยกฐานะจากระดับสารวัตรให้เป็นสถานีตำรวจระดับสารวัตรใหญ่ มี พ.ต.ท.เสกสรร บุญยรัชนิกร ดำรงตำแหน่งสารวัตรใหญ่