Fill d’un granger afeccionat a la música, quan tenia sis anys s’inicià en la pràctica musical al cor de l’església del seu poble natal. Aquest contacte amb la música coral des de la infantesa fou determinant en la trajectòria compositiva de Tormis, el qual es mostrà sempre interessat per la polifonia vocal. El 1956 es diplomà al Conservatori de Moscou, on fou alumne del compositor rus Vissarion Šebalin. Del 1955 al 1960 es dedicà a la docència a l’Escola de Música de Tallinn i entre el 1956 i el 1969 fou membre de la Unió de Compositors Estonians.
Estudiós del folklore del seu país, arranjà nombroses danses i cançons, que publicà en un recull el 1975. A més, també s’ha dedicat a altres gèneres, com l’òpera -El vol del cigne (1964-65) i Külavahelaulud (1972)-, la música simfònica (Petita simfonia, 1961) i la vocal -com els cicles de cançons Cançons del mar antic (1979), Que Déu ens protegeixi de la guerra (1984) i Pobles oblidats (1970-89)-. És considerat una de les figures més importants del panorama musical estonià.