Als junger Mann trat Tully der United States Navy bei, der er einige Jahre angehörte. Obwohl sein Debüt als Schauspieler bereits 1932 erfolgte – er wurde in einer kleinen Nebenrolle für die Bibelverfilmung The Sign of the Cross verpflichtet – begann Tullys Karriere erst nach seinem Ausscheiden aus der Navy, im Jahr 1937, am Broadway. Nachdem er bis 1943 in 10 Theaterstücken erste Erfahrungen sammeln konnte, wechselte er im Jahr 1943 endgültig zum Medium Film, und feierte daher im Filmdrama Mission to Moscow sein Comeback als Filmschauspieler.
Tullys Filmschaffen, das sich über einen Zeitraum von drei Jahrzehnten erstreckte, war vor allem bis Mitte der 1950er Jahre nachhaltig von Erfolg gekrönt. So fällt in diese Zeit der 1954 produzierte Kriegsfilm Die Caine war ihr Schicksal, für welchen der Schauspieler 1955 eine Oscar-Nominierung in der Kategorie Bester Nebendarsteller erhielt. In der zweiten Hälfte seiner Karriere waren Tullys Auftritte weitgehend auf Gastauftritte in Fernsehserien beschränkt, so unter anderem 1964 in Perry Mason und 1965 sowie 1967 in zwei Episoden von Bonanza.
Zu Beginn der 1970er Jahre – während des Vietnamkrieges – wurde Tully Mitglied der United Service Organizations, der unter anderem auch Bob Hope angehörte, und somit Unterhalter der US-amerikanischen Truppen. Im Jahr 1971 erlitt Tully einen schweren Schicksalsschlag, als er sich in Vietnam mit einem Fadenwurm infizierte, der unter anderem auch Elephantiasis hervorrufen kann. Zurück in den Vereinigten Staaten und in Laguna Beach mussten Tully auf Grund einer verstopften Vene das linke Bein amputiert werden. Damit nicht genug, verschlimmerte sich Tullys Gesundheitszustand rapide. So litt er unter einer Pleuritis, war nahezu taub, und litt unter akutem Haarausfall. Obwohl er bis 1973 noch versuchte, in einigen Fernsehfilmen und Serien mitzuwirken, darunter 1972 in einer Episode von Kobra, übernehmen Sie, war Tully gezwungen, in den Ruhestand zu gehen.
Zuletzt litt der Schauspieler auch an Krebs, an dem er im April 1982, im Alter von 73 Jahren, starb.
Über Tullys Privatleben ist nur bekannt, dass er dreimal verheiratet war, zuletzt seit 1954 mit Ida Johnson.
Tom Tullys Stern am Hollywood Walk of Fame gehört zu den 1.558 Sternen, mit denen der Walk of Fame 1960 eingeweiht wurde. Kurioserweise wurde er über den Stern nicht informiert und sein Name als „Tom L. Tully“ geschrieben.
