Tim Allen wurde am 13. Juni 1953 in Denver im US-Bundesstaat Colorado als Timothy Alan Dick geboren. Er begeisterte sich frühzeitig für die Welt des Fernsehens und machte einen Abschluss im Bereich Fernsehproduktion an der Western Michigan University. Anschließend arbeitete er als Stand-up-Komiker, ehe er eine Haftstrafe von 28 Monaten aufgrund von Kokainbesitzes verbüßen musste, die seine Karriere jäh stoppte.
Nach seiner Entlassung gelang es ihm, die Show „Detroit Comedy Castle“ ins Fernsehen zu bringen, womit er Disney auf sich aufmerksam machte. Der Konzern engagierte ihn wenig später für die Sitcom „Hör mal, wer da hämmert“, die zu einem großen kommerziellen Erfolg und dem Durchbruch von Tim Allen wurde. Von 1991 bis ins Jahr 1999 wurde die Show produziert und die Gage Allens stieg bis auf 1,25 Millionen US-Dollar pro Folge an. Gleichzeitig wirkte Tim Allen in unterschiedlichen Kinofilmen mit. So war er unter anderem 1994 in „Santa Clause - Eine schöne Bescherung“ und in den beiden Fortsetzungen zu sehen. Anschließend wirkte er in den erfolgreichen Komödien „Aus dem Dschungel, in den Dschungel“ (1997) und „Galaxy Quest“ (1999) mit. In den letzten Jahren war Tim Allen verstärkt als Sprecher aktiv. Seine Stimme lieh er unter anderem der Figur Buzz Lightyear in den Toy-Story-Filmen.
Am 7. April 1984 heiratete er Laura Debil, mit der er eine Tochter hat. Das Paar ließ sich im Jahr 2003 scheiden. Drei Jahre später heiratete Allen die Schauspielerin Jane Hajduk. 2009 wurde ihre gemeinsame Tochter geboren. Sozial engagiert sich Allen aufgrund seiner eigenen Geschichte für in Not geratene Menschen in den USA. Seit Jahren ist er unter anderem in Projekte involviert, die die Obdachlosigkeit in städtischen Regionen bekämpfen.