Toini Vartiainen muutti kotikaupungistaan Raumalta Helsinkiin päästyään opiskelemaan Suomen Filmiteollisuuden perustamaan filmikouluun. Hän esiintyi ensimmäisen kerran valkokankaalla 15-vuotiaana elokuvassa Herrat ovat herkkäuskoisia vuonna 1939. Uransa aikana hän esiintyi kaikkiaan 26 elokuvassa, skaalaan kuului niin melodraamoja kuin kepeitä komedioita.
Vartiainen teki naispääosat muun muassa Valentin Vaalan komedioissa Omena putoaa... ja Minäkö isä!. Aikalaiskriitikot kiittelivät hänen suoritustaan elokuvassa Suomalaistyttöjä Tukholmassa: ”raikas komediennetyö ja tämän vaalean ’vilsketytön’ paras filmisuoritus”. Vartiaisen lahjakkuus pantiin merkille jo Sadan miekan miehessä, jossa hän osoitti ”vallan uusia komediennen kykyjä”. Vartiainen nähtiin usein räiskyvissä tyttörooleissa, mutta hän esiintyi myös dramaattisemmissa osissa. Hänellä oli nuoremman sisaren rooli Teuvo Tulion elokuvassa Levoton veri (1946). Hänet muistetaan myös Suomisen Olli -elokuvien Elina Suomisena, tosin kahdessa elokuvassa Elinaa esitti hyvin samannäköinen Sirkka Sipilä. Vartiainen työskenteli SF-tuotantojen ohella myös Suomi-Filmin ja Fennada-Filmin[2] palkkalistoilla. Fennadalla hän teki naispääosat hyvin menestyneissä sotilasfarsseissaKaikkien naisten monni ja Miljonäärimonni. Radioteatteriin hänellä oli vakituinen kiinnitys vuosina 1950–1954. Vartiainen teki viimeisen elokuvaroolinsa vuonna 1960.
Toini Vartiainen oli naimisissa kaikkiaan neljästi. Miehensä Arvid Alménin kanssa hänellä oli yksi poika. Kolmannen miehensä, näyttelijä Erkki Viljoksen kanssa hän avioitui vuonna 1955, ja liitosta syntyi yksi tytär. Pari erosi vuonna 1957. Neljännen kerran Vartiainen avioitui Lauri Hyrskeen kanssa, ja liitosta syntyi kaksi poikaa ja tytär.
Toini Vartiainen kuoli 66-vuotiaana vuonna 1990. Hänet on haudattu Helsinkiin Hietaniemen hautausmaalle.
