Tô Hải sinh ngày 24 tháng 9 năm 1927 tại Hà Nội, nguyên quán Tiền Hải, Thái Bình.

Sau Cách mạng tháng Tám 1945, ông tham gia Vệ quốc đoàn.

Năm 1949 ông được kết nạp vào Đảng Cộng sản Việt Nam[3]. Năm 1951, ông về Đoàn văn công khu IV, năm 1954, được phân công làm trưởng đoàn.

Năm 1961, ông về công tác tại Nhà xuất bản Âm nhạc và Mỹ thuật.

Sau khi từ bỏ Đảng Cộng sản Việt Nam,[4] ngày 25 tháng 5 năm 2014, ông Hải gia nhập Công giáo và lấy tên thánh là Phanxicô[4]

Ngày 16 tháng 1 năm 2017, trả lời phỏng vấn BBC, Lâm Thị Ái, vợ ông Tô Hải cáo buộc một bệnh viện ở TP Hồ Chí Minh ép ông xuất viện sớm do áp lực của công an.[5]

Tô Hải qua đời lúc 19h40' ngày 11/8/2018 hưởng thọ 91 tuổi.[6]