Des d’infant mostrà una gran aptitud per al dibuix. Forçat a ingressar a les Joventuts Hitlerianes, participà en la Segona Guerra Mundial, acabada la qual, havent fracassat en els estudis, s’allistà a l’exèrcit francès a Algèria (1952-53).
Després de treballar en oficis diversos fins el 1956, s’establí a Nova York, on es dedicà a la il·lustració de llibres per a infants (The Mellops Go Flying, 1957; The Three Robbers, 1961; Moon Man 1966, etc.), camp en el qual obtingué un gran reconeixement. Il·lustrà revistes i diaris i també feu cartells, alguns dels quals tingueren molta difusió. Al mateix temps col·laborà en revistes underground, en el moviment pels drets civils i contra la guerra del Vietnam.
La publicació del llibre satíric contra les elits novaiorqueses Tea Party (1967) i, sobretot, de la sèrie eròtica Fornicon (1969) provocà un escàndol considerable. Aquest darrer títol fou durant algun temps prohibit en diversos països i comportà, en part, la seva marxa dels Estats Units a Nova Escòcia (Canadà), on visqué fins el 1976, experiència que relatà en els àlbums Far Out Isn’t Far Enough (1983) i Slow Agony (1983).
Establert a Irlanda el 1976, centrà a Europa l’activitat i publicà un gran nombre de llibres il·lustrats, del text dels quals (en francès, anglès o alemany) generalment fou autor, sobre sàtira política, de costums i de contingut sexual, entre els quals destaquen Babylon (1979), Schwarzbuch (‘Llibre negre’, 1984) i Schutzengel der Hölle (‘Àngel custodi de l’infern’, 1986). Cal esmentar també les il·lustracions del recull de cançons populars alemanyes Das Grosse Liederbuch (‘El gran llibre de cançons’, 1975), que tingué una gran difusió. Publicà també les memòries d’infantesa durant l’ocupació nazi À la guerre comme à la guerre (1991).
Feu nombroses exposicions, algunes de les quals donaren lloc a protestes. El 2007 obrí a Estrasburg el Musée Tomi Ungerer/Centre International de l’Illustration. Realitzà també collages i objectes, sempre amb un fort sentit del grotesc i càrrega satírica, sobretot antibèl·lica, així com alguns films d’animació.
Destacà també la seva tasca de reivindicació d’Alsàcia com a pont entre Alemanya i França, i el 1987 participà en la comissió interministerial francoalemanya nomenada pel ministre de Cultura francès Jack Lang.
Obtingué nombrosos premis i distincions: premi Jacob Burckhardt de la Fundació Goethe (1983), Creu del mèrit d’Alemanya (1993), Premi Nacional d’arts gràfiques del govern francès (1995), premi Andersen de literatura infantil (1998), el títol d’oficial de la Legió d’Honor (2001) i el premi a la trajectòria de l’Associació dels Il·lustradors dels Estats Units (2011), entre d’altres.