Tommy Nilsson nació el 11 de marzo de 1960 en Köping. A finales de los setenta empezó a cantar en el grupo de heavy metal Horizont. Con ellos grabó los álbumes Horizont (1977) y Andra Vyer (1978), antes de que en 1980 el productor francés Yves Accary se fijara en él y le ofreciera un contrato con la discográfica gala Disc’AZ. Tommy editó dos singles en 1981, Radio me y No way, no how, logrando con este último vender más de un millón de copias en Francia. Dio además título al primer álbum de Tommy, que alcanzó las 200.000 copias vendidas. En 1982 grabó un segundo álbum, Tommy Nisson, a caballo entre Estocolmo y Los Angeles, pero no tuvo ni de lejos el éxito del anterior. Cansado de casi dos años haciendo constantes actuaciones entre Francia y los Estados Unidos, decidió volver a Suecia. Reicibió una oferta para ser el vocalista de la banda de rock norteamericana Toto, pero lo rechazó para no tener que dejar de nuevo su país.

Otra vez en Suecia, participó en el disco de ayuda a África Swedish Metal Aid ‎– Give a helpin’ hand y pasó a formar parte de la banda de rock duro Easy Action, con la que grabó el álbum That makes one en 1986. Poco después la banda se disolvió y Tommy retomó su carrera en solitario. En 1987 editó su tercer álbum, It, con el que consiguió ese año el premio al Mejor intérprete y tuvo un gran éxito con el single Allt som jag känner, cantado a dúo con Tone Norum. Este single y Maybe we’re about to fall in love llegaron ambos al número 1 en Suecia.

En 1989 se presentó al Melodifestivalen sueco, logrando vencer con En dag, tema que presentado en Eurovisión alcanzó la cuarta posición en Lausanne. Al año siguiente editó Follow the road, que llegó al disco de oro, y tras tres años de menor actividad regresó en 1994 con Öppna din dörr, que fue canción del año en Suecia. Siguió otro éxito en 1996, Dina färger var blå. En 1997 protagonizó el espectáculo de cabaret Supreme soul junto a Mary Wilson, componente de The Supremes y su tocayo eurovisivo Tommy Körberg. Por esa época comienza a trabajar como actor de doblaje participando en las versiones suecas de Top Cat, Batman o Pocahontas entre otras. Igualmente se le ve en varias series de televisión. En 2000 escribió un musical sobre El mago de Oz  en el que hizo además el papel de Espantapájaros.

En 2001 su recopilatorio En samling 1981-2001 llegó a disco de platino en Suecia. En 2005 Tiden före nu llegó al número 2 de las listas suecas. Volvió a presentarse al Melodifestivalen en 2007, pero su tema Jag tror på människan no consiguió ni un solo voto a pesar de llegar poco después al número nueve de las listas de éxitos de su país. En otoño del mismo año encarnó al Capitán Von Trap en un montaje de Sonrisas y lágrimas. Editó en 2013 su último trabajo discográfico hasta el momento, Stay straight on the current road. En el año 2016 regresó al Melodifestivalen, presentando Håll mitt hjärta hart con Patrik Isaksson y Uno Svenningsson, siendo eliminados en la segunda semifinal. Ese mismo año participó en el programa Så mycket bättre, transmitido por TV4. En 2018 fue uno de los concursantes del programa Stjärnornas stjärna. En 2019 Tommy se unió a la exitosa banda de heavy metal Easy Action.

Tommy Nilsson tiene cuatro hijos de tres parejas diferentes, Angelica, que le ha dado un nieto, Robin, Karl, e Isak. Estuvo casado con la actriz Malin Berghagen, hija de dos eurovisivos: Lars Berghagen y Lill Babs. Desde 2017 está casado con la actriz Linda Olsson, con la que tiene un hijo.