1886년 8월 20일 독일에서 출생해 베를린, 할레, 브레슬라우대학 등에서 수학했다.
1911년에 신학전문직학위를 취득해 대학에서 가르칠 자격을 얻었다. 제1차세계대전 기간 중 4년간 군목으로 참전하면서 “터전의 흔들림”으로 표현될 만한 사상적 변화를 겪었다.
1924년에 필립대학의 부교수, 1929년에는 프랑크푸르트대학의 정교수가 되어 학생들을 가르쳤다. 그러나 독일에서 학자로서의 그의 삶은 나치의 등장으로 인해 끝났다.나치는 그가 유대인 학생들을 도운 것을 문제 삼아 그의 교수직을 박탈했다. 위기에 처한 틸리히에게 도움을 손길을 뻗친 것은 미국의 유니온신학교였다. 이미 40대 중반에 접어든 틸리히는 낯선 땅에서 영어를 익히면서 강의를 했다. 어설픈 영어와 독일식의 딱딱한 악센트 때문에 듣기가 쉽지 않았음에도 학생들은 그의 강의를 주목하기 시작했다. 그의 강의에는 그에게 주어진 “20세기 최대의 신학자”라는 칭호에 걸맞는 내용이 있었던 것이다. 유니온신학교에서 퇴임한 후 그는 1955년부터 1962년까지 하버드대학의 특별교수로 초빙되어 신학부 박사과정 학생들을 위한 세미나를 인도하며 집필 활동을 했다. 하버드대학에서 은퇴한 후에는 다시 시카고대학으로 초빙되어 강의를 했다. 틸리히는 1965년 10월 11일 시카고 대학 신학부가 주관한 강연회에서 마지막 강의를 마친 후 심장에 고통을 느껴 입원했고, 10월 22일 아내와 함께 짧은 독일어 시를 낭송한 후 자리에 누워 숨을 거뒀다. 신학뿐 아니라 철학과 문학과 역사에 정통했던 그가 남긴 저서로는 『조직신학』(Systematic Theology) 1,2,3권, 『그리스도교 사상사』(A History of Christian Thought), 『존재에의 용기』(The Courage to Be), 『믿음의 역동성』(Dynamics of Faith) 등 다수가 있다.