1916 yılında Kırcali'de doğmuştur. 1940 yılında Ankara Üniversitesi Dil ve Tarih-Coğrafya Fakültesi'nden mezun oldu. Aynı fakültede 1942 yılında doktor, 1945 yılında asistan, 1946 yılında doçent, 1954 yılında ise profesör unvanını aldı. 1968-1969 yılları arasında DTCF'nin dekanı, 1969-1980 yılları arasında Ankara Üniversitesi rektörü olarak görev yaptı. 1981 yılında emekliye ayrıldıktan sonra 1981-1986 yılları arasında Yüksek Öğretim Kurulu başkan vekili görevini yerine getirdi.
Prof.Dr. Tahsin Özgüç yetiştirdiği öğrencileri, çeşitli merkezlerde yaptığı bilimsel kazılar ve yayımladığı 100'ü aşkın bilimsel makale ve kitap ile ülkemiz arkeolojisine önemli katkılarda bulunmuştur. 1962-1964 yılları arasında Princeton Üniversitesi'ne bağlı The Institute for Advanced Studies, 1964 yılında Almanya Saarland Üniversitesi ve 1975-1976 yılları arasında Münih Üniversitesi'nde konuk profesörlük yaptı. Anadolu tarihine yene bir ışık getiren ve, kendisi de arkeolog olan eşi Nimet Dinçer Özgüç ile birlikte yaklaşık 50 yıldır başkanlığını yaptığı Kültepe/Kaniş kazısından başka, Karahöyük (Elbistan), Horoztepe (Tokat), Altıntepe (Erzincan), Maşathöyük, Kazankaya ve Kululu kazılarını da yönetmiştir. Yabancı bilim kurumları ve meslektaşlarıyla sürdürdüğü işbirliği nedeni ile 1978 yılında Federal Almanya Cumhuriyeti Büyük Haç Nişanı, 1990 yılında Doğan Güneş Altın-Gümüş Nişanı, 1991 yılında Belçika Tacı Ulusal Nişanı ve 1992 yılında Türk Tanıtma Vakfı Ödülü ile onurlandırıldı.
Türk Tarih Kurumu, Alman Arkeoloji Enstitüsü, British Academy, Amerikan Arkeoloji Enstitüsü, Bavyera Bilimler Akademisi, Londra Eski Eserler Kurumu ve Türkiye Eskiçağ Bilimleri Enstitüsü'ne üye olan Prof.Dr. Tahsin Özgüç'e 2001 tarihinde Berlin Hür Üniversitesi'nde düzenlenen bir törenle 'Şeref Doktoru' unvanı verildi ve 'Önasya Arkeolojisi'nin Nestoru' ilan edildi. Prof.Dr. Tahsin Özgüç'e daha önce de Arkeoloji bilimine yaptığı katkılardan dolayı Münih (Almanya) ve Gent(Belçika) üniversiteleri tarafından da 'Şeref Doktoru' unvanı verilmişti.
Yayınladığı en önemli kitaplar arasında Kültepe Kaniş I, Asur Ticaret Kolonilerinin Merkezinde Yapılan Yeni Keşifler (1959), Altıntepe II, Depo Binası ve Fildişi Eserler (1969), Maşathöyük II, Boğazköy'ün Kuzeydoğusunda Bir Hitit Merkezi (1982), Kültepe-Kaniş II, Eski Yakındağu'nun Ticaret Merkezinde Yeni Araştırmalar (1986) ve İnandıktepe, Eski Hitit Çağında Önemli Bir Kült Merkezi (1988) sayılabilir.
Prof.Dr. Tahsin Özgüç 28 Ekim 2005 günü, tedavi edilmekte olduğu İbni Sina Hastanesi'nde hayatını kaybetmiş ve Karşıyaka Mezarlığı'na gömülmüştür.