Va néixer en el si d'una família de classe mitjana alta, fill de la pintora Anne Roth i del periodista Ernie Smith. Va estudiar a l'Escola d'art Camberwell, segurament influenciat per la seva mare. De petit, Tim volia ser escultor i va estudiar a Camberwell College of Arts, un institut d'art de Londres. En aquest període, ell i son germà van ser abusats sexualment pel seu avi.[1][2] Després d'un temps, es va interessar en l'actuació i va fer el seu debut als 21 anys fent el paper d'un skinhead racista a Made in Britain, una pel·lícula curta que va ser estrenada per televisió.
Els seus primers papers tant en televisió com en el cinema estarien relacionats amb tipus durs i macarres, com per exemple en les sèries britàniques Made in Britain o meantime.
El 1984 es va produir el seu salt a la pantalla gran amb la cinta The Hit (La venjança). Un any més tard va participar en el musical Return to Waterloo (1985), on Tim va ser dirigit pel líder del mític grup The Kinks, Ray Davies.
També va formar part del repartiment dels films Van Gogh (1990), on Roth actua com el pintor holandès, i de Rosencrantz i Guildenstern han mort (1990). Però va ser Quentin Tarantino el que li va aportar la veritable fama internacional amb les seves intervencions en les mítiques Reservoir Dogs (1992) i Pulp Fiction (1994).
També ha fet els seus primers passos com a director: el 1999 va dirigir La zona fosca, un film que va obtenir molt bones crítiques i diversos guardons cinematogràfics.
La seva primera nominació a l'Oscar la va obtenir amb la pel·lícula Rob Roy (1995).
Cada vegada que viu un esdeveniment important en la seva vida, es realitza un tatuatge al braç dret, de moment en porta 5. És gran amic de l'actor Gary Oldman, amb el qual manté una forta relació des que treballaren junts.