Родился в Оахаке 26 августа 1899 в семье индейцев-сапотеков. Переехав вместе с родными в Мехико (1910), учился там в Национальной школе изящных искусств (19171920), затем долгое время работал как педагог; в 1928 стал профессором той же Национальной школы. Возглавлял отдел этнографического рисунка Национального археологического музея в Мехико (19211926). Многократно наезжал в США, преимущественно в Нью-Йорк (с 1926), а также в Западную Европу (с 1949).
Соединил воздействия европейского арт-авангарда (прежде всего, А.Матисса и П.Пикассо) с древними национальными мотивами, чураясь той левой политизации, что возобладала в биографиях таких его соотечественников и коллег, как Д.Ривера и Д.А.Сикейрос. В раннем его творчестве доминируют портреты, ню, пейзажи и натюморты. С 1930-х годов тематика картин Тамайо усложняется, включая все больше мифологических «шифров», символов Искусства, Жизни и Смерти, решенных то в сумрачно-землистых, то в ярких, «космически» мерцающих тонах; таинственно мифологизируются даже достаточно простые, портретные и натюрмортные мотивы. Среди образцов его самобытного неосимволизма Звери (1941, Музей современного искусства, Нью-Йорк), Спящие музыканты (1950, Музей современного искусства, Мехико), Поклонение индейской расе (1952, частное собрание, Мехико).
Картины Тамайо, обычно небольшие, тем не менее напоминают фрагменты настенной росписи, поэтому естественным явилось обращение мастера к монументально-декоративному искусству. К числу его фресок и панно принадлежат Музыка и пение (Национальная консерватория, 1933), Революция (Национальный музей антропологии, 1939; обе работы Мехико), Природа, искусство и человек (библиотека Смит-колледжа в Нордхэмптоне, США, 1943), Рождение нашей нации и Мексика сегодня (Дворец изящных искусств, Мехико; 19521953), Прометей, несущий людям огонь (здание ЮНЕСКО в Париже, 19571958). Не раз обращался к гравюре, книжной иллюстрации и сценографии.
Умер Тамайо в Мехико 24 июня 1991.
Тамайо (каталог). Б/м, 1989