Estudou escultura e com Pedro Alexandrino, desenho e pintura. Em 1920 foi para Paris, onde cursou a Academia Julian. De volta ao Brasil, integrou-se ao grupo modernista de São Paulo, Grupo dos Cinco, junto a Anita Malfatti, Menotti del Pichia, Oswald e Mario de Andrade. 

Voltou para a Europa em 1923, onde estudou pintura com André Lhote, Albert Gleizes tendo, também, frequentado o ateliê de Fernand Léger. Tarsila conseguiu filtrar suas experiências européias e aplicá-las à cultura brasileira.

Viajou pelo Oriente Médio em 1926 e no mesmo ano, casou-se, em São Paulo, com o poeta Oswald de Andrade. Dois anos depois, pintou Abaporu, primeira tela do movimento Antropofágico, desencadeado por Oswald. Foi diretora-conservadora da Pinacoteca do Estado. Pintou as primeiras telas sobre problemas sociais a partir de 1933.

Costureiras, iniciada nessa época e finalizada em 1950, exemplifica a preocupação social da artista. Escreveu artigos sobre arte e cultura no Diário de São Paulo e, nas décadas de 40 e 50, retomou as fases Antropofágicas e Pau-Brasil. Participou das I e VII Bienais de São Paulo, e da XXXII Bienal de Veneza em 1964. Morreu em 1973, em São Paulo.