Trịnh Thịnh sinh vào lúc giao thời giữa chế độ phong kiến và thực dân, lớn lên tại Hà Nội.

Lúc còn nhỏ, ông theo học "trường Tây" do Pháp mở. Từ nhỏ ông đã có niềm đam mê đặc biệt với điện ảnh. Tuy nhiên, các hoạt động điện ảnh của Việt Nam khi đó còn hạn chế, bó hẹp trong vài buổi chiếu phim công cộng ở các rạp Hàng Da, Hàng Quạt, những nơi Trịnh Thịnh thường lui tới khi còn là một cậu bé[1].

Trước năm 1954, Trịnh Thịnh làm việc ở Ngân hàng Đông Dương (Banque L'Indochine). Sau 1954, Ngân hàng Đông Dương ngừng hoạt động, ông làm nhiều nghề khác nhau để kiếm sống cho tới khi trúng tuyển cuộc thi tuyển diễn viên lồng tiếng cho một hãng xuất nhập khẩu phim của Liên Xô vào năm 1956 và bắt đầu tham gia vào hoạt động điện ảnh chuyên nghiệp với tư cách diễn viên lồng tiếng. Cũng cần nói thêm rằng trước đó Trịnh Thịnh có tham gia hoạt động sân khấu với vai diễn đầu tiên là vai thầy Tú trong vở kịch Pháp nổi tiếng Topaze.

Cũng trong năm 1956, hãng phim truyện Việt Nam sản xuất bộ phim đầu tiên trong lịch sử điện ảnh Việt Nam Chung một dòng sông, đạo diễn Phạm Kỳ Nam đã mời Trịnh Thịnh tham gia. Không được đào tạo trường lớp bài bản, nhưng với kinh nghiệm có được trong khoảng thời gian làm công việc lồng tiếng, Trịnh Thịnh đã vào vai khá thành công[1]. Trịnh Thịnh sau đó đóng rất nhiều phim và những vai của ông đều được đánh giá là thành công như ông nội thằng Bờm trong phim Thằng Bờm, ông Củng trong Vợ chồng anh Lực, người cha trong Lá ngọc cành vàng, lão thuyền chài trong Lời nguyền một dòng sông, ông chủ tịch huyện trong Thị trấn yên tĩnh, phim Vợ chồng A Phủ, Xích lô... Với vai diễn phó chủ tịch huyện trong phim Thị trấn yên tĩnh và vai ông nội Bờm trong phim Thằng Bờm, ông được trao Bông sen vàng cho Nam diễn viên xuất sắc nhất tại Liên hoan phim Việt Nam lần thứ 8 năm 1988[2]. Phim cuối cùng ông tham gia diễn xuất là Tết này ai đến xông nhà[3].

Vẻ bề ngoài và tính cách khiến Trịnh Thịnh rất được các đạo diễn ưa thích cho những vai các cụ già nhà quê hoặc những nhân vật mang đậm dấu ấn của làng quê nông thôn Việt Nam. Những vai diễn thành công của ông là những vai diễn hài, tuy nhiên cũng có những vai bi như phim Lời nguyền một dòng sông. Ông không khai thác tiếng cười tự nhiên chủ nghĩa, rẻ tiền mà thay vào đó khai thác triệt để đời sống tâm lý của nhân vật.

Nghệ sĩ Trịnh Thịnh về hưu năm 1989. Năm 1997, ông được phong tặng danh hiệu Nghệ sĩ Nhân dân.

Ông mất vào ngày 12 tháng 4 năm 2014 tại Bệnh viện Bạch Mai, Hà Nội vì nhồi máu cơ tim[2].