Oğuzlar'ın Kınık boyundan Selçuk Bey'in torunudur. Babası Mikail, gazâ akınında şehit düşünce, dedesi Selçuk Bey’in yanında büyüdü. Çocukluğu Cend şehrinde geçti. Gaznelilerin, Selçuk Bey'in oğlu Arslan Yabguyu esir almasından sonra 1025 yılında Selçukluların başına geçti. Altun Can Hatun ile evlendi.
Selçuklulara yeni bir yurt arayan Tuğrul Bey komutasındaki Türkler Horasan'a göç ettiler. 1028-1029 yılları arasında kardeşi Çağrı Bey ile birlikte Merv ve Nişabur kentlerini ele geçirdi. Buhara ve Belh kentlerine seferler düzenledi. 1038 yılında Nişabur'da kendini sultan ilan etti. 1040 yılında Gaznelilerle yaptığı Dandanakan Savaşı'nı kazanarak Gazne Devleti'ne karşı Selçukluların üstünlüğünü sağladı. Kardeşi Çağrı Bey'i Horasan valisi tayin eden Tuğrul Bey İran'ın büyük bir bölümünü ele geçirdi ve Selçuklu topraklarını Anadolu'ya kadar uzandırdı.
1055 yılında Bağdad merkezli Abbası halifesi olan Kaim Bağdad'ı ellerinde bulunduran Şii mezhepli Büveyhoğulları'na olan bağımlılıktan kurtulmak için Bağdad'lı ünlü alım, fakih ve kadı Mâvardı'yı Tuğrul Bey'e göndererek Selçuklu hükümdarı Tuğrul Bey'den yardım istedi. Bağdad'a asıl iktidar gücü olan halifelik muhafız güçleri komutanı olan Türk asıllı ama Şii mezhepli "Basâsırı" destek görmeyi önceden kabul etti. Ama sonra "Basâsırı" bu görüşünden ayrıldı ve Buveydiler ile aksi düştü. Halife Kaim de bu ayrılıktan istifade edip Tuğrul Bey'i Bağdad'a davet attı.
Tuğrul Bey Abbası halifesini Şii'lerden kurtarmak için 1055'te Bağdat'a yaptığı seferde Büveyhoğulları ile savaştı ve onları ağır bir yenilgiye uğrattı. Irak'da son Büveyhoğulları hükümdarı olan El-Meliku’r-Rahim'i esir alan Tuğrul Bey bu devlete son verdi. Tuğrul Bey Bağdad'a girip Abbası halifeliğinin koruyuculuğunu üzerine aldı.
Fakat tam bu sırada Selçuklu idaresinde bulunan ülkede Tuğrul Bey aleyhine üvey kardeşi İbrahim Yınal isyan etti ve büyük sayıda Türkmen de bu isyana katıldı. Tuğrul Bey isyancı üvey kardeşi İbrahim Yınal ve Buveyhoğulları orduları ile zor bir savaşa girmek zorunda kaldı. Aralık 1058'de 400 atlı süvari bedevi Banu Hilal aşiret birlikleri başlarında 1055'de Bağdad'dan sürülmüş Basasırı olarak Bağdad'ı işgal ettiler. Şehirde camilerde Kahire'de bulunan Şii Fatimiler halifesi Mûstensir adına hutbe okuttular.
1060 yılında Tugrul Bey Ibrahim Yinal isyanini bastirdi ve Fatimilerin eline geçmiş olan Bağdat'ı ele geçirdi. Abbasi halifesi Kaim'in tekrar Bağdat'a dönmesini sağlayan Tuğrul Bey, halifenin kızı Seyyide Fâtıma el-Betül ile evlendi. Halife Kaim, Tuğrul Bey'e Sultan, Ruknu ʾd-Devle (Dinin direği) ve Malikul-Meşrik ve Magrib (Doğu'nun ve Batı'nın Sultanı) unvanlarıni verip onu Sultan ilan etti.
İlk eşi tutulmuş olduğu hastalıktan 1060 yılında Cürcan'da vefat etmiştir. Eşini kaybetmekten derin üzüntü duymuş olan Tuğrul Bey, eşinin cesedini Büyük Selçuklu Devleti'nin başkenti Rey kentine getirtirmiş ve orada defnettirmiştir.
Tuğrul Bey 4 Eylül 1063 tarihinde 73 yaşındayken çocuksuz olarak İran'ın Rey kentinde vefat etmiş ve yerine yeğeni Alp Arslan geçmiştir.