1932年東京生まれ。
慶応義塾大学在学中に平尾貴四男、小船幸次郎各氏に作曲を師事。在学中よりNHKの音楽番組の仕事をはじめ、1953年にはNHKラジオの第一放送と第二放送を同時に使用したステレオ音楽番組「立体音楽堂」等の番組に参加。1963年大河ドラマ第1作「花の生涯」の音楽を担当、現在までに「天と地と」「新平家物語」「勝海舟」「徳川家康」の計5本のシリーズを手がけている。また1966年には手塚治虫氏のＴＶアニメ「ジャングル大帝」「リボンの騎士」の音楽を作曲、従来のアニメ音楽を越える優れた音楽性が高い人気を呼び、交響詩版「ジャングル大帝」は同年の芸術祭奨励賞を受賞した。

1970年頃よりシンセサイザーによる作編曲・演奏に着手。1974年には米RCAよりリリースされたアルバム「月の光」が米ビルボード・クラシカル・チャート第１位となり、日本人として初めてグラミー賞4部門にノミネートされ、さらに全米レコード販売者協会(NARM)の1974年度クラシック部門最優秀レコードに選出されるという快挙をなしとげ、TOMITAの名は全世界的なものとなる。以降「展覧会の絵」「火の鳥」「惑星」から「バッハ・ファンタジー」(1996)にいたる多くのシンセサイザー・アルバムを発売、いずれもが世界的なヒットを記録している。

1984年、オーストリア・リンツ市にてドナウ川両岸の地上・川面・上空一帯を使って超立体音響を構成し、8万人の聴衆を音宇宙に包み込む壮大なイヴェント「トミタ・サウンドクラウド」を催す。以後ニューヨーク(1986自由の女神百年祭)、岐阜(1988 中部未来博)、シドニー(1988オーストラリア建国200年祭)、名古屋(1997 中日ドーム)にて同様のイヴェントを行なう。また立体音響によるサウンドクラウド・オペラ「ヘンゼルとグレーテル」を渋谷オーチャード・ホールにて上演(1990)。90年代には再び映像音楽への活動を再開、NHK「大モンゴル」、松竹映画「学校」シリーズ、NHK「街道を行く」シリーズ、ビデオ「長嶋茂雄」シリーズなどを作曲。1998年冨田音楽の集大成とも呼べるオリジナル作品「源氏物語幻想交響絵巻」を作曲。東京、ロスアンジェルス、ロンドンにて初演の後ロンドン・フィルと録音し、2000年11月に日本コロムビアよりCDを発売。

2001年3月、NHK放送文化賞受賞。東京ディズニーシー、アクア・スフィアのエントランス・ミュージックとして3面立体音響のためのシンフォニーを作曲。NHK大型ドラマ「聖徳太子」の音楽を担当、東映映画「千年の恋〜ひかる 源氏物語」では日本アカデミー賞優秀音楽賞を受賞。
2002年はNHKスペシャル「アジア古都物語」の音楽を手掛け、松竹映画「たそがれ清兵衛」の音楽は日本アカデミー賞最優秀音楽賞に輝いた。

立体音響の集大成として4.1chサラウンドによる「惑星」(DVDオーディオ／ビデオ盤)を2003年3月にリリース。2009年には、「交響詩 ジャングル大帝 〜白いライオンの物語〜《2009年改訂版》」をリリース。2011年に「惑星　Ultimate Edition」、「源氏物語幻想交響絵巻 完全版」を同時リリース。

その後、信州の山合いの町で、人知れずひっそりと亡くなられたことを知りました。 しかし、先生！あの帝劇から33年後の去年、先生の途方もなく広大な夢は、ついに実現しました！ 「いやぁー、いつも失敗ばかりで」と おっしゃっていながら、先生の数式や論文は世界的に認められ、「小惑星イトカワ」という命名は国際天文学連合が承認するところとなり、永久に宇宙の天体図にとどまることになりました。そして、探査機はやぶさは、その小惑星イトカワからのサンプルリターン計画を成功させて世界を驚かせ、日本中に感動を与えたのです。

　 この「プラネッツ」には、あの有名なメロディーの「木星」のあとに、「イトカワと はやぶさ」というトラックを加えました。第2次大戦下、軍国主義に翻弄されながらも、永遠の夢を抱き追い続けた糸川英夫氏。ヴァイオリン、チェロを設計し、挙句の果ては自らバレエに挑んだその一生は、それ自体が糸川博士にとっては長い夢であったのではないかと思います。霧の奥深い信州で、その夢から覚めたときが、現実であったのでは。

　 このアルバムを、糸川博士を偲び、捧げたいと思います。

　 2011年5月　　冨田勲