Sense visió en un ull i molt poca en l’altre, realitzà certs estudis formals, però fou principalment autodidacte. S’inspirà en Fats Waller, entre d’altres. El 1932 arribà a Nova York acompanyant la cantant Adelaide Hall. De seguida entrà pel seu compte en el circuit de clubs dels Estats Units i Anglaterra com a solista extraordinari (Tiger Rag, 1933). Actuava sol al piano o al capdavant d’un petit conjunt, que els anys quaranta constà de piano, guitarra i contrabaix. Entre els nombrosos enregistraments d’aquesta època destaquen In Private i The Complete Capitol Recordings of Art Tatum. Del 1953 fins a la seva mort enregistrà una llarga sèrie de peces per a piano sol (Solo Masterpieces), i d’altres amb diversos solistes, com Ben Webster, Roy Eldridge, Lionel Hampton i Jo Jones (Group Masterpieces). Tatum fou un virtuós únic en la història del jazz. L’extraordinària capacitat tècnica anava parella a un sentit rítmic infal·lible i a una llavors inaudita imaginació melòdica i harmònica. Obrí portes per a l’evolució d’aquest gènere musical, especialment amb les reharmonitzacions amb què tractava cada tema, que influïren en intèrprets com Coleman Hawkins i Charlie Parker.