Tomás Luis de Victoria fue el séptimo hijo de 11 que nacieron en Ávila de Francisco Luis de Victoria y Francisca Suárez de la Concha. La muerte de su padre en 1557 dejó a la familia al cuidado de un tío sacerdote. Victoria pasó varios años como niño de coro en la Catedral de Ávila.
En 1565 (o 1563) Victoria ingresó en el Colegio Alemán de Roma. Se trataba de un colegio jesuita apoyado generosamente por Felipe II y Otto von Truchsess von Waldburg, cardenal arzobispo de Augsburgo. Victoria fue organista de la iglesia aragonesa de S. Maria di Monserrato en Roma de 1569 a 1574. En 1571 el Colegio Alemán le contrató para enseñar música a los jóvenes. Se ordenó el 28 de agosto de 1575. Desde ese año hasta 1577 dirigió el coro del Colegio Alemán que cantaba en la iglesia de S. Apollinare de Roma; de 1578 a 1585 ocupó una capellanía en S. Girolamo della Carità, la iglesia de los recién fundados Oratorianos de Roma.
Victoria regresó a España en 1587 y hasta 1603 ejerció como maestro de capilla del convento de las Descalzas Reales de Madrid, donde residían la hermana de Felipe II, la emperatriz viuda María, y su hija, la princesa Margarita. Desde 1604 hasta su muerte, el 27 de agosto de 1611, fue también el organista del convento.
En 1572 Victoria dedicó su primera, y aún más famosa, publicación al cardenal Truchsess, gran conocedor de la música de iglesia. Los 33 motecta que van de cuatro a ocho voces en esta colección incluyen los sensuales Vere languores y O vos omnes, que hasta el día de hoy forman la base de la reputación de Victoria con el amplio público que no conoce sus Magnificats, himnos, secuencias, salmos, antífonas y 20 misas -cinco de las cuales aparecieron en 1576, cuatro más en 1583, siete en 1592 y el resto en 1600 y 1605.
En sus motetes de 1572, Victoria siguió de cerca la técnica de detalle de Giovanni Pierluigi da Palestrina, demostrando un dominio dominante del tratamiento de la disonancia de Palestrina. El contacto personal con Palestrina y quizás incluso las lecciones explican probablemente la absorción de la técnica por parte de Victoria. De 1566 a 1571, Palestrina fue maestro de capilla en el Colegio Romano, cerca del Colegio Alemán. Lo que distingue la manera personal de Victoria en 1572 de la de Palestrina es el recurso frecuente del compositor más joven a los accidentales impresos, su afición a lo que ahora se llamaría movimiento menor melódico (sostenidos ascendentes, naturales descendentes) y la anticipación de la armonía funcional del siglo XIX.
A lo largo de su carrera, incluso cuando escribió la Missa Quarti toni (1592), Victoria siempre consiguió sonar como un «mayor-menor» más que como un compositor verdaderamente «modal». Para él, Quarti toni significaba una cadencia menor sobre la dominante. En 1600 publicó Missae, Magnificat, motecta, psalmi, & alia, que consiste en gran medida en música en fa mayor acompañada por órgano. Es cierto que volvió a los tonos menores sin acompañamiento en el Officium defunctorum, publicado en 1605 como homenaje a su patrona, la emperatriz viuda María, pero se trataba de música fúnebre. En ninguna de las publicaciones de Palestrina se especifican los acompañamientos para órgano. Victoria sí lo hizo -incluso publicó partes para órgano en 1592 y 1600.
La miscelánea de Victoria de 1600 incluye una Missa pro Victoria modelada sobre la famosa chanson de batalla de Clément Janequin. A Felipe III le gustaba esta efervescente misa a nueve voces basada en un modelo secular más que cualquiera de las otras obras de Victoria, pero contraviene todas las cualidades que hacen que Victoria sea querido por su público moderno. Sin embargo, al menos demuestra que era más versátil emocional y técnicamente de lo que sus admiradores admiten. La afición de Felipe III por ella sirvió como táctica de venta cuando Victoria buscó fondos de su publicación para sacar a su hermano menor de la cárcel.