Tõnu Tamm lõpetas 1961. aastal Tartu 1. Keskkooli ja 1965. aastal Tallinna Riikliku Konservatooriumi lavakunstikateedri. Tamm töötas 1965–76 Tallinna Riiklikus Noorsooteatris näitlejana, 1977–92 Draamateatris (1977–88 näitejuht) ja 1994–98 Nukuteatris näitlejana ning 1999–2010 Estonias näitejuhina.

Tema mõned meeldejäävaimad rollid on olnud: Väikevend (Lindgreni, Mikiveri ja Oidi "Väikevend ja Karlsson katuselt", 1967, ning "Karlsson tembutab jälle", 1972), Arno (Lutsu, Panso ja Küla "Kevade", 1969), Tybalt (Shakespeare'i "Romeo ja Julia", 1969), Bõstrõi (Tammsaare, Panso ja Küla "Inimene ja revolutsioon", 1970), Joukahainen (Lönnroti, Kazimiri ja Ortutay "Kalevala", 1980), Saar (Haveli "Largo desolato", 1991) jne.

Tõnu Tamm oli Mari Lille abikaasa ning neil on tütred lastearst Katariina Tamm ja näitleja Elisabet Reinsalu.