Tony Shalhoub naît et grandit à Green Bay, Wisconsin, et devient alors le neuvième enfant de la famille, qui en comptera dix plus tard. Son père, Joe Shalhoub, originaire du Liban, immigre à l'âge de 10 ans vers les États-Unis alors qu'il est orphelin. Il épouse ensuite la mère de Tony, Helen, qui fait parti de la deuxième génération d'arabes américains, et fondent ensemble une chaîne d'épicerie familiale dont le premier magasin se situe au centre-ville de Green Bay.
Les années passent et le jeune Tony est admis au théâtre grâce à sa soeur aînée, qui s'est permis d'inscrire son nom sur une liste d'extras dans une production de la comédie musicale Le Roi et moi. Bien qu'il se soit trouvé du mauvais côté du rideau lors de la répétition finale, il devient tout de suite accroc au théâtre. Par la suite, Shalhoub est diplômé de la Green Bay East High School, école où ses camarades le désignent comme étant « le mieux habillé » et le plus susceptible de réussir. Mais dans ses années d'études, il subit un revers et se casse une jambe en tombant dans la fosse d'une scène lors d'une répétition. Récupérant rapidement, Tony est quand même en mesure d'exécuter la pièce de théâtre de fin d'année jouée à l'école. Parmi ses autres diplômes, il obtient également un baccalauréat en art dramatique à l'Université de Southern Maine située à Portland, avant se voir décerner un certificat de maîtrise en drame de la part de la Yale School of Drama en 1980.
Un de ses premiers rôles de télévision était Antonio dans Wings, qui met en vedette également
Tim Daly, Steven Weber, Crystal Bernard,
Thomas Haden Church (nommé aux Oscars) et Rebecca Schull. Ce rôle fut en fait le premier casting de Tony lors de son arrivée à Los Angeles.
Il a été l'acteur principal et le producteur exécutif de la série télévisée Monk, dans laquelle il joue le rôle d'un détective privé souffrant de graves troubles obsessionnels compulsifs, à la recherche de l'assassin de sa femme et de sa réhabilitation en tant qu'inspecteur de police. Il a remporté un Emmy Award en tant que meilleur acteur d'une série télévisée en 2003 et en 2005 pour ce rôle, ainsi qu'un Golden Globe Award en 2003 et deux Screen Actors Guild en 2004 et 2005.
En plus de son rôle d'Adrian Monk, Tony Shalhoub, avec le Network of Arab-American Professionals and Zoom-in-Focus productions établit le prix du Meilleur réalisateur arabo-américain, en 2005. Les participants soumettent leur scénario grâce auquel ils iront à Hollywood pour avoir la possibilité qu'il soit produit.
En outre, Shalhoub a été l'un des célèbres juges, en 2003, de la compétition « Bush in 30 Seconds ».
Il est également apparu au côté d'
Alec Baldwin, en 2004, dans la satire d'Hollywood The Last Shot, dans le rôle d'un petit gangster bourru qui a un amour pour les films. L'acteur a aussi prêté sa voix à Luigi, en 2006, pour le film d'animation des studios Pixar, Cars.
Entre temps, Tony Shalhoub apparait dans le drame de
Danny Leiner, The Great New Wonderful en tant qu'un psychologue professant à New York.
Puis, en 2007, on le retrouve dans le film d'horreur
Chambre 1408, où il est l'agent littéraire de
John Cusack.
La même année, il joue Charlie dans la pièce de théâtre The Scene, off-Broadway.
Enfin, il recoit, en 2008, une nommination aux Grammy Awards en tant que « Best Spoken Word Album For Children » pour sa narration du roman de George Selden, « The Cricket in Times Square ».