Thomas, 21, har kommit överens om ett treårigt avtal i Rugby Park efter att ha begärt en flytt från Fir Park.
Han flyttade till Morwell från Celtics ungdomsanläggning 2014 och spenderade andra halvan av förra säsongen på lån hos Queen of the South.
Han gjorde tre mål i 17 framträdanden för Doonhamers.
Thomas, som hade ett år att köra på sitt kontrakt, började bara fyra matcher för Morwell, med ytterligare 33 framträdanden från substitut bänken.
"Jag ville ta en titt på Dom under de första veckorna av försäsongen, men han uttryckte en önskan att gå vidare från klubben," manager Stephen Robinson berättade för "Well webbplats.
"Detta avtal gör det möjligt för pojken att försöka avancera sin karriär men också skydda Motherwell FC: s intressen på längre sikt, så det passar alla parter."
Hitta alla de senaste fotbollsöverföringarna på vår dedikerade sida.
Kilmarnock har undertecknat Dom Thomas, efter attacken mittfältarens frigivning från skotska premiärministerns rivaler Motherwell.