Né en Inde en 1961, Tarsem Dhandwar Singh étudie à la Bishop Cotton School de Shimla, puis est diplômé du Art Center College of Design de Pasadena en Californie.
Il réalise ensuite son premier long métrage, The Cell, en 2000. En 2006 sort The Fall, réalisé sur une période de quatre ans, sur des lieux de tournage les plus insolites.
Il réalise la plupart de ses films en collaboration avec Nico Soultanakis (scénariste et coproducteur), Lionel Kopp (post-producteur consultant et coloriste) et Eiko Ishioka (chef costumière).