Originario del Connecticut, Titus Welliver è figlio del celebre paesaggista Neil Welliver, mentre sua madre era un'illustratrice di moda. E' cresciuto a Philadelphia e a New York, attorniato da poeti e pittori e per questo all'inizio voleva seguire le orme di suo padre, ma poi ha deciso di darsi alla recitazione. Welliver si è trasferito a New York nel 1980, dove si è iscritto ai corsi della HB Acting Studios mentre frequentava la New York University. Per sostenersi, Welliver ha svolto un'ampia gamma di lavori, tra cui quelli di barista e operaio edile.
Il suo primo lavoro pagato è avvenuto in Navy Seals - Pagati per morire (Navy Seals) con Charlie Sheen. In breve tempo, è apparso in tanti film, tra cui JFK - un caso ancora aperto (JFK), The Doors e Scomodi omicidi (Mulholland Falls). Recentemente, ha lavorato a La tela dell'assassino (Twisted), Biker Boys e Assault on Precinct 13 . A teatro, è stato impegnato nelle produzioni di American Buffalo , Naked at the Coast , Enrico IV (Henry IV) parte prima e seconda di Shakespeare e Riff Raff , scritto e diretto da Laurence Fishburne, storia che poi è stata portata al cinema nel film Once in the Life , con Welliver che ha ripreso il ruolo di 'Torch' al fianco di '20/20 Mike', interpretato da Fishburne.
E' anche apparso in diversi film per la televisione, tra cui Blonde , An American Story e Rough Riders , e ad alcune serie per il piccolo schermo, come Falcone , dove interpretava Santino "Sonny Boy" Napoli, e Brooklyn South di David Milch. Recentemente, ha interpretato il ruolo di Silas Adams nell'acclamata serie della HBO Deadwood .