Tomás Luis de Victoria wurde als siebtes von elf Kindern von Francisco Luis de Victoria und Francisca Suárez de la Concha in Ávila geboren. Nach dem Tod seines Vaters im Jahr 1557 wurde die Familie von einem Onkel betreut, der Priester war. Victoria verbrachte einige Jahre als Chorknabe in der Kathedrale von Ávila.
Im Jahr 1565 (oder 1563) trat Victoria in das Deutsche Kolleg in Rom ein. Dies war eine Jesuitenschule, die von Philipp II. und Otto von Truchseß von Waldburg, dem Kardinalerzbischof von Augsburg, großzügig unterstützt wurde. Von 1569 bis 1574 diente Victoria als Organist an der aragonesischen Kirche S. Maria di Monserrato in Rom. Im Jahr 1571 wurde er vom Deutschen Kollegium als Musiklehrer für die Jungen angestellt. Am 28. August 1575 wurde er zum Priester geweiht. Von diesem Jahr bis 1577 leitete er den Chor des Deutschen Kollegs, der in der Kirche S. Apollinare in Rom sang; von 1578 bis 1585 hatte er eine Kaplansstelle in S. Girolamo della Carità, der Kirche der neu gegründeten Oratorianer in Rom, inne.
Victoria kehrte 1587 nach Spanien zurück und war bis 1603 Kapellmeister des Klosters Descalzas Reales in Madrid, wo die Schwester Philipps II, die Kaiserinwitwe Maria, und ihre Tochter, Prinzessin Margarete, residierten. Von 1604 bis zu seinem Tod am 27. August 1611 war er auch Organist des Klosters.
1572 widmete Victoria seine erste und bis heute berühmteste Veröffentlichung dem Kardinal Truchseß, einem großen Kenner der Kirchenmusik. Die 33 vier- bis achtstimmigen Motecta dieser Sammlung, darunter die sinnlichen Vere languores und O vos omnes, begründen bis heute Victorias Ansehen bei einem breiten Publikum, das seine Magnificats, Hymnen, Sequenzen, Psalmen, Antiphonen und 20 Messen nicht kennt – fünf davon erschienen 1576, vier weitere 1583, sieben 1592, die übrigen 1600 und 1605.
In seinen Motetten von 1572 lehnte sich Victoria eng an die Detailtechnik von Giovanni Pierluigi da Palestrina an und bewies eine souveräne Beherrschung von Palestrinas Dissonanzbehandlung. Persönlicher Kontakt mit Palestrina und vielleicht sogar Unterricht erklären wahrscheinlich Victorias Aneignung dieser Technik. Von 1566 bis 1571 diente Palestrina als Kapellmeister am Römischen Kolleg in der Nähe des Deutschen Kollegs. Was Victorias persönliche Manier 1572 von der Palestrinas unterscheidet, ist der häufige Rückgriff des jüngeren Komponisten auf gedruckte Vorzeichen, seine Vorliebe für das, was man heute als melodische Moll-Bewegung bezeichnen würde (aufsteigende Kreuze, absteigende Naturtöne), und die Vorwegnahme der funktionalen Harmonik des 19. Jahrhunderts.
Während seiner gesamten Laufbahn, selbst als er die Missa Quarti toni (1592) schrieb, gelang es Victoria immer, eher wie ein „Dur-Moll“-Komponist zu klingen als ein wirklich „modaler“ Komponist. Quarti toni bedeutete für ihn eine a-Moll-Kadenz auf der Dominante. Im Jahr 1600 veröffentlichte er Missae, Magnificat, motecta, psalmi, & alia, die zu einem großen Teil aus orgelbegleiteter F-Dur-Musik besteht. Zwar kehrte er im Officium defunctorum, das 1605 als Hommage an seine Gönnerin, die Kaiserinwitwe Maria, veröffentlicht wurde, zu unbegleiteten Molltönen zurück, doch handelte es sich dabei um Trauermusik. In keiner von Palestrinas Veröffentlichungen gab er Orgelbegleitungen an. Victoria tat dies – und veröffentlichte 1592 und 1600 sogar Orgelstimmen.
Victorias Miscellany von 1600 enthält eine Missa pro Victoria nach dem Vorbild von Clément Janequins berühmtem Schlachtgesang. Philipp III. mochte diese überschwängliche neunstimmige Messe, die auf einem weltlichen Modell basiert, mehr als alle anderen Werke Victorias, aber sie widerspricht jeder Eigenschaft, die Victoria bei seinem modernen Publikum beliebt macht. Sie beweist jedoch zumindest, dass er emotional und technisch vielseitiger war, als seine Bewunderer zugeben wollen. Die Vorliebe Philipps III. für das Werk diente als Verkaufsargument, als Viktoria mit der Veröffentlichung des Werks die Kaution für seinen jüngsten Bruder aus dem Gefängnis bezahlen wollte.