Tim Blake Nelson Yahudi bir ailede, hayırsever ve sosyal aktivist olan annesi Ruth ve jeolog olarak çalışan babası Don Nelson tarafından büyütüldü. 1982'de Holland Hall School'dan mezun olduktan sonra, Quartz Mountain Resort Sanat ve Konferans Merkezi'ndeki Oklahoma Yaz Sanatları Enstitüsü'ne kaydoldu. Daha sonra Phi Beta Kappa Topluluğu'nun üyesi olduğu Brown Üniversitesi'ne devam etti ve 1986'da mezun oldu. Klasik Çalışmalar alanında öne çıkarak Workman/Driskoll ödülünü kazandı. İki yıl sonra Julliard'dan da mezun oldu. Tim'in oyunculuk kariyeri 1989'da, ilk kez skeç komedi şovu «The Unnaturals» da göründüğü zaman başladı, ancak ilk büyük rolü 1992'de «This Is My Life» filminde Dennis'i oynadığı ve Aynı yıl Seattle Repertory Theatre'da sahnelenen «Eye Of God» adlı oyunda sahneye çıktı. Tim Blake Nelson, 1994'ten beri aktris Lisa Benavides-Nelson ile evli; çiftin birlikte üç oğlu var. Şu anki ikametgahları New York'ta.