C'est le deuxième fils et le troisième enfant de Charles Leslie Browning et de Lydia Jane Fitzgerald Browning.
Il est très tôt attiré par le monde du spectacle. Les différents événements organisés dans la ville de Louisville, dont la grande manifestation annuelle The Satellites of Mercury, sont certainement une source d'inspiration. Selon la légende, Browning quitte sa famille en 1898 lors du passage d'une troupe itinérante. Il semble suivre ainsi l'exemple du personnage Toby Tyler du roman de James Otis Kaler Toby Tyler, or, Ten Weeks with a Circus (1881), ouvrage très populaire à la fin du XIXe siècle, dans lequel Toby réussit à s'échapper de l'emprise de son oncle autoritaire et se lie d'amitié avec des membres d'une troupe de phénomènes de foire.
Browning parcourt pendant plusieurs années le sud des États-Unis, mais revient régulièrement à Louisville. Il se marie avec Amy Louise Stevens en 1906, mais cela ne dure pas très longtemps : le divorce est prononcé quatre ans plus tard.
En 1913, Browning joue dans une pièce burlesque The Whirl of Mirth qui a un certain succès. C'est à cette époque que le comédien Charlie Murray présente Browning à David Wark Griffith ; ce dernier l'engage et le fait jouer dans deux comédies Scenting a Terrible Crime (1913) et A Fallen Hero (1913). Browning et
Lionel Barrymore suivent Griffith à Los Angeles.
En 1914, Browning joue dans An Interrupted Séance, son premier film sur la côte ouest. Un an plus tard, il réalise son premier film, The Lucky Transfer . D'autres réalisations suivent : The Slave Girl (1915), An Image of the Past (1915), The Living Death (1915) et The Burned Hand (1915). Ces deux derniers mélodrames abordent déjà des thèmes récurrents dans l'oeuvre du réalisateur : les relations tendues entre père et fille, les mutilations physiques.
Browning se marie une deuxième fois, avec Alice Lillian Houghton en 1917. Après avoir tourné un certain nombre de films pour Triangle et Metro Pictures, il fait deux rencontres essentielles pour sa carrière à Universal : Irving Thalberg, directeur d'Universal et
Lon Chaney, acteur, né de parents sourds et muets. Le premier film de Tod Browning et de Lon Chaney est The Wicked Darling (1919) dans lequel Chaney joue le rôle d'un truand. En 1925, après un série de films réalisés pour Universal et Gothic pictures et de sérieux problèmes d'alcoolisme, Browning réalise The Unholy Three, roman de Clarence Aaron "Tod" Robbins, avec Lon Chaney comme acteur principal, grâce à l'appui de Thalberg. Le film est un succès phénoménal. Chaney joue par la suite dans plusieurs films de Browning : The Blackbird (1926), The Road to Mandalay (1926), L'Inconnu (1927) Londres après minuit (1927), The Big City (1928), À l'ouest de Zanzibar (1928), Loin vers l'est (1929). On retrouve dans ces oeuvres les sujets chers à Tod Browning: le monde interlope, le macabre, l'infirmité.
Bien qu'il soit un film muet, West of Zanzibar intègre néanmoins certains éléments sonores afin d'amadouer un public déjà familiarisé avec le cinéma parlant (
The Jazz Singer sort en 1927). Where East is East est la dernière collaboration entre Chaney et Browning (Lon Chaney meurt en 1930). Apparaissent ensuite dans les films de Browning Bela Lugosi (Dracula, 1931, Mark of the Vampire, 1935),
Edward G. Robinson (Outside the Law, 1930) ou encore Lionel Barrymore (Mark of the Vampire, Les Poupées du diable, 1936).
Freaks (1932) reste le film qui retient une attention toute particulière au cours de cette période. Basé sur une nouvelle de Clarence Aaron « Tod » Robbins intitulée Spurs, l'histoire a semble-t-il été communiquée à Browning en premier lieu par
Harry Earles, acteur jouant le rôle d'un des cambrioleurs dans The Unholy Three.
Le film met en scène des personnes dotées de malformations physiques; ces personnages considérés comme des monstres font preuve de plus d'humanité que les êtres dits normaux. Freaks révulse le public et la critique; c'est un échec cuisant pour le cinéaste. Il ne réalise par la suite que quatre films ; Miracles à vendre (1939) est le dernier.
Il déménage avec Alice à Malibu après avoir vendu leur maison de
Beverly Hills. Alice meurt le 12 mai 1944. Tod Browning se met à vivre en reclus. En 1946, il fait la connaissance du Docteur Harold Snow, jeune vétérinaire, qui se charge dans les années 1940 et 1950 de soigner ses deux chiens, Toby et Dusty. Le couple Snow propose à Browning de vivre avec eux, ce qu'il finit par accepter.
Il consulte alors un médecin qui diagnostique un cancer du larynx. En juin 1962, Browning subit une ablation du larynx, ironie cruelle du destin pour un réalisateur de films muets. Tod Browning décède le 6 octobre 1962.