Tôn Thất Tùng sinh ngày 10 - 5 - 1912 tại thanh hóa. Mới ba tháng tuổi đã mồ côi cha, từ đó, ông theo mẹ về huế và trải qua tuổi học trò tại kinh đô này.
Năm 1931, ông ra hà nội để học trường bưởi rồi sau đó thi vào trường đại học y khoa hà nội. Năm 1938, ông là sinh viên việt nam đầu tiên đỗ nội trú và được nhận làm phụ mổ cho giáo sư mayyetme. Vừa mổ tử thi, vừa mổ bệnh nhân, ông vừa quan sát với đầu óc phê phán những điều mà các ông thầy pháp đã nhận xét không đúng vì không hiểu hết đặc điểm sinh học- của cơ thể người việt nam và của các bệnh nhiệt đới. Chẳng hạn, ông đã sớm phát hiện thấy sỏi không chỉ nằm trong túi mật mà còn nằm nhiều trong gan, trong ống mật, trong phế quản, trong mạch máu.
Một buổi chiều mùa đông, trong khi mổ một tử thi, ông đã phát hiện thấy hàng chục con giun chui vào các đường mật ở gan. Thầy huya rất ngạc nhiên vì trong gan sao có nhiều giun đến như vậy, nhưng bác sĩ Tôn Thất Tùng thì bàng hoàng vì nhân cơ hội này ông đã làm được một việc chưa ai từng làm: phân tích rõ ràng cơ cấu của các ống mật và mạch máu trong gan. Về nhà tra cứu sách vở, ông ngạc nhiên thấy rằng từ thời hipôcrát đến lúc bấy giờ chưa có ai làm được như ông. Họ thường chỉ "cóp" của nhau hoặc mô tả theo trí tưởng tượng. Trong 5 năm liền (1935 - 1939) ông đã mổ hơn 200 lá gan, phẫu tích tỉ mỉ rồi vẽ lại thành sơ đồ để đối chiếu với nhau. Một phương pháp phẫu tích đặc biệt bằng nạo gan đã được Tôn Thất Tùng phát hiện từ năm mới có 23 tuổi.
Một hôm, có một bệnh nhân bị nghi là ung thư dạ dày nhưng mổ bụng ra lại thấy ung thư ở thùy gan bên trái, ông và người thầy Huya đã kẹp tổ chức gan, kẹp các mạch máu và cắt bỏ thùy gan trái. Công trình nghiên cứu này được gửi về viện hàn lâm phẫu thuật pari. Đáng tiếc thay, người ta lại phản đối vì cho rằng bệnh nhân bị ung thư gan coi chẳng'khác gì người bị kết án tử hình, không nên mổ xẻ nữa, ngoài ra, chỉ nên dùng dao điện đề cắt gan. Mùa thu năm 1941, lần đầu tiên ông khám phá ra nguyên nhân của bệnh phù tụy là do giun chui vào ống mật và một bệnh nhân 20 tuổi tên là cúc châu đã được ông mạnh bạo rạch ống mật chủ để lấy ra một con giun dài tới 15cm và cứu sống được anh. Từ đó về sau, hàng trăm, rồi hàng nghìn bệnh nhân đã tiếp tục được cứu sống bằng phương pháp này. Từ thực tế phát hiện thấy giun đũa gây viêm phù tụy hay gây sỏi đường mật ỏ' người việt nam thời đó là do ăn uống quá thiếu chất đạm, chất béo, làm cho dạ dày tiết ra không đủ axít.
Năm 1948, ông được chính phủ cử làm thứ trưởng bộ y tế nhưng thật ra cho đến lúc nhắm mắt ông không lúc nào rời xa bàn mổ. Vừa mổ để cứu chữa cho thương binh, bệnh binh và đồng bào quanh vùng, ông vừa truyền nghề và đào tạo ra biết bao nhiêu nhà phẫu thuật trẻ.
Phát triển kĩ thuật cắt gan trái mà ông đã thành công từ năm 1939, sau khi hòa bình lập lại, ông quyết tâm tìm kiếm phương pháp cắt gan phải theo kĩ thuật độc đáo của mình. Ngày 20 - 9 - 1961, một bệnh nhân 39 tuổi tên là hải đã được ông cứu sống nhờ cắt một nửa gan phải thành công trong một thời gian cực ngắn - đúng 6 phút!
Báo the lancet của anh và tạp chí zentrablattfur chtrurgie của đức công bố công trình "cắt gan có kế hoạch" của ông và chì sau vài tuần đã có trên 100 nhà phẫu thuật gửi thư sang hà nội xin tài liệu. Tạp chí the journal of american medical association xin phép ông được công bố công trình nghiên cứu nổi tiếng này. Tới năm 1965, ông trỏ' thành một kỉ lục thế giới với 322. Trường hợp cắt gan. Ông trở thành úy viên danh dự của viện hàn lâm y học liên xô (cũ) (1965), ủy viên nước ngoài của viện hàn lâm phẫu thuật pari (1970), ủv viên hội phẫu thuật liông (1972).
Là một nhà phẫu thuật nhưng ông không lúc nào tách rời việc học hỏi các thành tựu mới nhất về sinh học. Ông đã học toán cao cấp để tìm hiểu về sinh học phân tử và chỉ trên cơ sỏ' hiểu biết sâu sắc về sinh học phân tử ông mới tổ chức được đội ngũ nghiên cứu về ảnh hưởng của chất độc điôxin do mĩ sử dụng ở việt nam, và mới hợp tác được với nhà sinh hóa học nguyễn đăng tâm (việt kiều ở pháp) để sử dụng thuốc kích thích miễn dịch lạc hồng i kết hợp với cắt gan bộ phận để kéo dài thêm cuộc sống của nhiều bệnh nhân bị ung thư gan.
Ông mất ngày 7 - 5 - 1982 sau một cơn đau tim đột ngột, hưởng thọ vừa đúng 70 tuổi.
