Томми Ли Джонс родился в городе Сан-Саба, штат Техас, 15 сентября 1946 года. Его отец, Клайд Си Джонс, был бурильщиком нефтяных скважин, а мать, Люси Мэри, работала в полиции. Восемь поколений семьи Джонсов жили в Техасе, имея среди предков выходцев из Уэльса и американских индейцев племени Чероки.

Томми учился в престижной школе Святого Марка в Далласе, столице Техаса, где стал одним из лучших игроков футбольной команды. Благодаря успехам в спорте он был принят затем в Гарвардский университет, который окончил со степенью бакалавра по английской литературе. Здесь же он увлекся театром. Кстати, соседом Джонса по комнате в студенческие горы был Эл Гор, будущий вице-президент США.

Окончив Гарвард в 1969 году, Томми Ли сразу же поехал в Нью-Йорк и уже через 10 дней после выпуска из университета получил первую роль на Бродвее. Молодого актера быстро заметили, и уже в следующем году он получил небольшую роль в популярнейшей мелодраме «История любви» (1970), которая стала классикой американского кино. Однако за резвым стартом карьеры не последовало дальнейших быстрых успехов. Джонс продолжал много играть в театре, а на экране его достижения довольно долго ограничивались ролями в сериалах, телефильмах, и нескольких не слишком ярких полнометражных картинах.

Но вслед за ролью полицейского в успешном криминальном триллере «Глаза Лауры Марс» (1978), Джонс отлично сыграл в мюзикле «Дочь шахтера» (1980), и был впервые номинирован на премию «Золотой глобус» за исполнение главной роли. В последующие 10 лет Томми Ли не хватал звезд с неба, но уже имел репутацию хорошего характерного актера.

Крупный успех Джонсу принесла роль второго плана в нашумевшем фильме знаменитого режиссера Оливера Стоуна «Джон Ф. Кеннеди: Выстрелы в Далласе» (1991). Он был номинирован на «Оскар», и несколько лет спустя доказал, что это не случайность. Сыграв опытного полицейского в криминальном боевике «Беглец» (1993), Томми Ли Джонс выиграл и «Оскар», и «Золотой глобус» за лучшую роль второго плана, после чего оказался востребован в коммерческом кино.

1990-е стали временем расцвета для актера. После ролей в успешных боевиках «В осаде» (1992), «Прирожденные убийцы» (1994), «Подрывники» (1994), «Клиент» (1994) он поразил зрителей своим образом в блокбастере «Бэтмен навсегда» (1995), а затем в компании с Уиллом Смитом снялся в мировом хите — фантастическом боевике «Люди в черном» (1997). За вышедшее через пять лет продолжение, «Люди в черном 2» (2002), Джонс получил элитный для Голливуда гонорар в 20 миллионов долларов. Чуть ранее, в 2001-м году, Томми Ли женился в третий раз – на ассистентке оператора Доун Джонс. От второй жены у него есть сын и дочь.

В 2005-м Джонс снял в качестве режиссера криминальную драму «Три могилы», где сам исполнил главную роль, за что удостоился серебряной премии Каннского кинофестиваля.

В 2007 году с участием Томми вышел вестерн братьев Коэнов «Старикам тут не место», главные роли в котором также исполнили Джош Бролин и Хавьер Бардем. В том же году он исполнил главную роль в триллере «В долине Эла», за которую номинировался на премию Оскар.

В 2010 году Томми Ли Джонс снял картину «Вечерний экспресс «Сансет Лимитед», в котором снялся вместе с Сэмюэлем Л. Джексоном.

В 2011 году Томми получил роль полковника Честера Филлипса в экранизации комикса о супергерое Капитане Америка «Первый мститель», а в 2012 году снялся в третьей части блокбастера «Люди в чёрном».

В том же 2012 году он вместе с Мэрил Стрип снялся в фильме «Весенние надежды», а также исполнил главную роль в исторической драме «Император».

В 2013 году Томми появился в роли полицейского в криминальной комедии о гангстерах, живущих по программе защиты свидетелей, под названием «Малавита».

В 2014 году Томми Ли Джонс сыграл главную роль в вестерне «Местный», режиссером которого сам же выступил. Картина номинировалась на Золотую пальмовую ветвь Каннского кинофестиваля.