Començà estudiant trompeta, instrument que després canvià pel trombó. Al final dels anys vint treballà a les orquestres de Jean Goldkette i Paul Whiteman. El 1935 formà la seva pròpia orquestra, que de seguida fou molt popular. La Tommy Dorsey’s Orchestra practicava una mú sica més aviat suau, pensada per al gran públic, i presentava excel·lents solos jazzístics de músics com Bunny Berigan i Buddy Rich, així com cantants, entre els quals hi hagué el jove Frank Sinatra. Els anys cinquanta formà, amb el seu germà Jimmy, la Dorsey Brothers Orchestra, que sobretot obtingué èxit per les seves intervencions televisives. Sense ser estrictament un músic de jazz, Dorsey fou admirat pels músics a causa del seu domini tècnic i la seva interpretació de temes lents, com ara I’m Getting Sentimental over you (1935).