Tôn Thọ Tường là người huyện Bình Dương, phủ Tân Bình, tỉnh Gia Định (nay thuộc Thành phố Hồ Chí Minh).

Ông vốn xuất thân trong một gia đình khoa cử, cha là Tôn Thọ Đức đỗ cử nhân, làm quan dưới triều Thiệu Trị, Tự Đức. Ngay từ thời trẻ, Tôn Thọ Tường học ở Huế, nổi tiếng văn hay chữ tốt. Năm 1840, cha qua đời, nên việc học ông bị dở dang, đến năm 30 tuổi vẫn chưa đỗ đạt gì.

Năm 1855, Tôn Thọ Tường được tập ấm làm quan, nhưng chỉ được giao một chức quan võ, không hợp với khả năng nên ông từ chối. Vì túng thiếu, ông phải đi làm bài thi mướn để lấy tiền. Việc bại lộ, ông bị bắt giải về Kinh đô Huế. Vua Tự Đức xét đến công lao của cha ông và nhận thấy ông cũng là người có tài nên gia ơn tha tội [1].

Ông trở về Nam, khi đi qua tỉnh Bình Thuận, các viên quan ở đây vì mến tài, muốn bổ ông chức thông phán, nhưng bộ Lại không chấp nhận. Việc này càng làm cho Tôn Thọ Tường bất mãn triều đình Huế[2].

Đến Gia Định, ông lập lại Bạch Mai thi xã, để cùng các bạn xướng vịnh. Năm 1862, Pháp chiếm ba tỉnh miền Đông Nam Kỳ, ông được chính quyền mới mời ra nhận chức tri phủ Tân Bình, nên được người đời gọi là Phủ Ba Tường. Đô đốc Bonard muốn dùng ông dùng uy tín của mình để dụ hàng Trương Định, nhưng không thành công. Năm 1863, ông được cử làm ký lục trong phái bộ của Phan Thanh Giản sang Pháp và Tây Ban Nha.

Năm 1867, ông được nhà cầm quyền Pháp phái về Ba Tri (Bến Tre) để dụ hàng nhà thơ Nguyễn Đình Chiểu cùng hai người con Phan Thanh Giản là Phan Tôn và Phan Liêm, nhưng thất bại.

Năm 1871, ông được thăng đốc phủ sứ[3].

Tháng 2 năm 1872, viên chủ quận Vũng Liêm tên Thực bị nghĩa quân ở nơi đó giết chết, ông được cử đến thay. Sau, vì không ổn định được tình hình nơi ông cai quản[4], nhà cầm quyền Pháp rút ông về dạy Hán văn ở trường Hậu Bổ (Collège des Stagiaires) Nam Kỳ.

Năm 1873, ông được tham dự phái đoàn của Pháp sang Trung Quốc hai tháng. Năm 1875, Tôn Thọ Tường làm việc dưới quyền của Tổng Lãnh sự Pháp De Kergaradec ở Bắc Kỳ.

Năm 1877, trong một lần theo viên lãnh sự này đi quan sát miền thượng du Bắc Kỳ, ông mắc bệnh sốt rét ác tính rồi mất.