Viene da una famiglia di origine multietnica (scozzesi, irlandesi e norvegesi). Unico figlio maschio e abbandonato presto dal padre (che divorzia dalla madre quando Waits ha appena dieci anni) cresce nel sud della California, spostandosi da San Diego a Laverne, da Pomona a Silver Lake fino a raggiungere Hollywood. Malgrado l'educazione materna, non smette mai di tenere buoni rapporti con il padre che lo influenza quanto a gusti musicali (jazz degli anni Trenta), sia ascoltati (Johnny Mercer, George Gershwin e Cole Porter) che suonati (Waits è un talento del pianoforte). Fin da giovane, viste le precarie condizioni economiche della famiglia, cambia continuamente lavoro: l'occasione di suonare alcuni dei suoi brani gli viene offerta dal Folk Club "Eritage" di Los Angeles, dove ai tempi era impiegato come portiere. Durante una sua esibizione viene notato dal produttore Herb Cohen: è l'inizio della sua folgorante carriera musicale.

La collaborazione con il cinema nasce molto presto
Parallelamente ai successi nel campo della musica lo vediamo recitare in film importanti già dai primi anni Ottanta: è in Rusty il selvaggio (1983) di Francis Ford Coppola, regista con il quale collabora anche in I ragazzi della 56° strada (1983) e in Cotton Club (1984). L'incontro più fortunato è quello con il regista indipendente Jim Jarmusch: assieme a Roberto Benigni e John Laurie è protagonista di Daunbailò (1986), commedia agrodolce che mette in luce le sue doti di attore. Con Jarmush lavora anche in Mystery Train (1989), prima di tornare a recitare in un film di Coppola, Dracula di Bram Stoker (1992).

I primi lavori
I suoi dischi d'esordio sono lavori articolati, composti da brani che cantano di temi come la solitudine, l'emarginazione, l'alcolismo.
Tom diventa un personaggio, curvo sul suo pianoforte, spesso sbronzo, con la sua voce incatramata da mille sigarette; alterna pezzi dolci e malinconici ad altri taglienti, sincopati, caratterizzati da testi profondi, visionari e poetici.
Il suo primo disco, "Closing Time", esce nel 1973, seguito da "The Heart of Saturday Night" nel 1974 e da "Nighthawks at the Diner", registrato in un locale nel 1975. Questi primi lavori sono fortemente influenzati dalle liriche del poeta beat Jack Kerouac e riscuotono buon successo tra la critica, pur non godendo di particolari riscontri presso il pubblico.

"Asylum Years"
Waits adotta la filosofia neobeatnik al contempo nella propria arte e nella propria vita. Sforna album uno dopo l'altro: "Small Change" (1976), considerato uno dei suoi lavori di maggior levatura, e "Foreign Affairs" (1977), che scoprono una vena più marcatamente jazzata; "Blue Valentine" (1978) e "Heartattack and Vine" (1980), nei quali Waits inizia a modificare leggermente la sua musica, facendo notare una maggior presenza della chitarra nei suoi lavori a svantaggio del pianoforte, che resta comunque molto presente.
Alla fine dei tribolati anni settanta Waits tocca quasi il fondo dal punto di vista privato e la sua storia autodistruttiva con un'altra artista "maledetta" come Rickie Lee Jones giunge al capolinea: dopo avere immortalato la sua musa dell'epoca sul cofano della macchina nella copertina di retro dell'album "Blue Valentine" Tom volta pagina sia nella vita privata che in quella artistica.

Gli anni 80: la svolta
Negli anni ottanta, Waits decide di esplorare nuove sonorità, riuscendo perfettamente ad uscire dal cliché del personaggio che si era creato e che rischiava di vedersi rimanere cucito addosso per tutta la sua carriera a venire.
In questo senso sua moglie Kathleen Brennan risulterà fondamentale, diventando la sua nuova musa, aiutandolo a ritrovare una dimensione e facendogli scoprire le gioie e le responsabilità di avere una famiglia.
Adesso scrivono insieme le canzoni ed hanno 3 figli; il maggiore di questi, Casey Xavier, pare voglia seguire le orme del padre: nel "Get Behind The Mule Tour", datato 1999, si è unito alla band in alcune occasioni sedendosi alla batteria per pezzi impegnativi come "Big in Japan".
Dopo gli anni settanta, i cosiddetti "Asylum Years", Waits si cimenta in un ambizioso progetto di Francis Ford Coppola, musicando il film "One from the heart", insieme a Crystal Gayle, nel 1982 (occasione in cui conobbe la futura moglie). Il film risulterà un flop al botteghino. La svolta professionale della carriera di Waits coincide con il trasferimento alla casa discografica Island Records, dove Tom produce tre lavori, noti anche come "La trilogia di Frank", nel corso degli anni ottanta. Iniziata con "Swordfishtrombones" del 1983, passando per "Rain Dogs" nel 1985, considerati due dei suoi massimi capolavori, fino ad approdare all'opera teatrale "Franks Wild Years" nel 1987. Questi album segnano la totale rottura col passato, nel quale la musica era prevalentemente pianistica o, comunque, di stampo abbastanza jazzato: introduce nella sua musica strumenti poco usati come il mellotron e crea canzoni con ritmi molto più percussionistici e "sghembi" rispetto al passato, pur mantenendo diversi elementi classici in brani come "Time" od "Innocent When You Dream". Principalmente su questi tre album sarà basato il CD live, "Big Time", del 1988.
La distanza a livello compositivo rispetto agli anni settanta è netta ma non per questo infierisce su di esso; anzi proprio la sua inventiva e la sua voglia di esplorare raggiungono il culmine probabilmente in questo periodo produttivo, in cui Waits si dedica anche a diversi altri progetti sia cinematografici che teatrali.

Gli anni recenti
Negli anni novanta Waits pubblica altri 2 album, "Bone Machine" del 1992 e "Mule Variations" del 1999, entrambi vincitori di un Grammy ciascuno, nonché la colonna sonora del film di Jim Jarmusch del 1993 Night on Earth. Proprio col tour di supporto a "Mule Variations", per la prima volta Tom Waits include l'Italia nelle sue tappe musicali, se si esclude una breve apparizione al Premio Tenco del 1986.
In questo periodo instaura una profonda amicizia col regista teatrale Robert Wilson, da cui nasceranno diverse collaborazioni che porteranno alla pubblicazione di album come "The Black Rider" del 1993 (a cui partecipò anche William S. Burroughs) e l'accoppiata Blood Money-Alice del 2002.
Nel 2004 esce "Real Gone", opera in cui Tom estremizza la propria personalissima ricerca musicale senza tuttavia dimenticarsi di quei brani dolci e riflessivi che lo avevano portato al successo negli anni settanta. Si tratta del primo album in cui Waits rinuncia ad uno strumento - il pianoforte - che l'aveva sempre accompagnato fino ad allora e al quale aveva addirittura dedicato una canzone, "The Piano Has Been Drinkin' (Not Me)".
Nel 2005, Waits appare nel film italiano La tigre e la neve, diretto dal suo amico Roberto Benigni, con cui aveva già lavorato anni prima in Daunbailò. Nel film canta un suo pezzo "You Can Never Hold Back Spring" tratto dal suo ultimo triplo cd "Orphans: Brawlers, Bawlers & Bastards", una raccolta di pezzi inediti e rari, quest'ultimi ripresi da colonne sonore di film e da live.
Nel 2009, è Mr. Nick nel film Parnassus - L'uomo che voleva ingannare il diavolo, di Terry Gilliam, l'ultima interpretazione del premio Oscar postumo Heath Ledger, mentre nel 2010 è in Codice Genesi e nel 2012 partecipa al cast della commedia nera 7 psicopatici. Al cinema lo vedremo anche nel film dei Coen La ballata di Buster Scruggs, in quello di Jarmusch I morti non muoiono e in Licorice Pizza di Paul Thomas Anderson.