Tilo Werner, geboren in Braunschweig, studierte nach ersten Regieassistenzen in Mannheim, Schauspiel an der Hochschule für Schauspielkunst „Ernst Busch“. Dort lernte er Thomas Ostermeier, Tom Kühnel und Christian von Treskow kennen. Nach dem dritten Studienjahr wurde er ans Maxim Gorki Theater in Berlin engagiert. Als Thomas Ostermeier und Jens Hillje die „Baracke“ übernahmen, ging Tilo Werner an das Deutsche Theater und schließlich an die Schaubühne am Lehniner Platz.
Nach einer Begegnung mit Arpád Schilling, suchte er die neue Herausforderung und wechselte ans Krétakör Theater nach Budapest. Hierfür lernte er in der ungarischen Sprache zu sprechen und zu spielen. Später war er Ensemblemitglied am Wiener Burgtheater, blieb aber seiner Wahlheimat Budapest verbunden. Mit seinen Regisseuren pflegt er enge Arbeitsbeziehungen so zu Thomas Ostermeier Thomas Langhoff, Arpád Schilling und Kornél Mundruczó, mit dem in Ungarn „Das Eis“ nach Sorokin und „Nibelungen-Residenz“ von János Térey entstanden. Tilo Werner ist auch in zahlreichen ungarischen Kurzfilmen und Kinofilmen zu sehen.

Tilo Werner ist ab der Spielzeit 2009/2010 festes Ensemblemitglied des Thalia Theater.