Nato a Sebenico, in Dalmazia, dove in pochi anni, a seguito delle campagne napoleoniche, si erano avvicendate le dominazioni veneziana, francese e asburgica, al predominante sentimento italiano Tommaseo saprà affiancare un altrettanto genuino interesse per le culture popolari balcaniche, specialmente quelle illiriche e neogreche. La sua educazione, iniziata nel paese natale e proseguita a Spalato, fu di carattere umanistico e improntata, dai maestri Scolopi, a saldi principi religiosi. Laureato in legge a Padova nel 1822, visse alcuni anni fra Padova e Milano lavorando come giornalista e saggista, frequentando altri personaggi in vista del mondo intellettuale cattolico. È di questo periodo anche l'inizio della collaborazione all'"Antologia" di G.P. Vieusseux. Trasferitosi a Firenze nell'autunno del 1827, nel (1830) ci fu la pubblicazione del Nuovo Dizionario de' Sinonimi della lingua italiana cui deve gran parte della sua fama. A causa delle proteste del governo austriaco contro un suo articolo in favore della rivoluzione greca, dovette autoesiliarsi a Parigi, mentre le rimostranze austriache portarono alla chiusura della rivista. Negli anni parigini pubblicò l'opera politica Dell'Italia (1835), il volume di versi Confessioni (1836), il racconto storico Il Duca di Atene (1837), il Commento alla Divina Commedia (1837) e le Memorie Poetiche (1838). Da Parigi si spostò in Corsica, dove proseguì le ricerche di italianistica, contribuendo alla raccolta della copiosa tradizione orale còrsa e definendo la lingua isolana come il più puro dei dialetti italiani. Si stabilì a Venezia dove continuò a pubblicare numerose opere, fra cui le prime due stesure del romanzo Fede e Bellezza considerato il suo capolavoro, precoce tentativo di romanzo psicologico. Sempre di questi anni è la pubblicazione dell'importante raccolta dei Canti popolari italiani, corsi, illirici, greci (1841); questo è il documento più schietto col quale l'Italia mostrava, grazie a Tommaseo, di avere decisamente compreso l'importanza scientifica delle raccolte di poesia popolare. Altrettanto importante pubblicazione sono le Scintille (1842), esempio unico di cosmopolitismo culturale dell'epoca. Nel 1847, tornato nuovamente nel mirino della polizia asburgica, venne arrestato a seguito di alcune dichiarazioni sulla libertà di stampa, fu liberato il 17 marzo 1848, insieme con Daniele Manin, durante l'insurrezione di Venezia contro gli austriaci. Alla successiva proclamazione della Repubblica di San Marco, ottenne il maggior numero di voti dopo Manin e assunse importanti cariche nel nuovo stato. Esiliato a Corfù nel 1849, dopo l'entrata degli austriaci in Venezia, si ammalò agli occhi (ma trovò comunque il modo di scrivere numerosi saggi, in francese, in cui da cattolico dichiarava la necessità della rinuncia della Chiesa cattolica al potere temporale. Risale a questo periodo anche l'insofferenza del Tommaseo verso la via "moderata" all'unità d'Italia, da raggiungersi tramite l'unione al Piemonte sabaudo. Nel 1854, con la vista sempre più compromessa, si trasferì a Torino, poi a Firenze (1859), dove restò fino alla morte. A Firenze collaborò alla rivista periodica l'Imparziale Fiorentino. La sua opposizione all'Italia riunita sotto i Savoia si andò radicalizzando, tanto da fargli rifiutare i riconoscimenti ufficiali, tra cui la nomina a Senatore del Regno.