天文5年（1536年）会津に生まれたとされるが、出自には諸説ある。天台宗の僧として修行を積み、慶長年間に徳川家康の信任を得て政治・宗教の顧問となった。家康の死後、その神号を「東照大権現」と定め、山王一実神道に基づく祭祀を主導した。日光東照宮の造営を監修し、江戸の都市計画にも関与して上野忍岡に寛永寺を創建した。家康・秀忠・家光の三代将軍に仕え、「黒衣の宰相」と称された。寛永20年（1643年）に108歳で没したとされ、死後に慈眼大師の諡号を賜った。

深謀遠慮の政治僧。宗教的権威と政治的実務能力を兼ね備え、幕府の安定に生涯を捧げた。風水・陰陽道にも通じ、江戸の霊的防衛体制を設計したとされる。108歳という長寿が真実か否か、今なお謎に包まれている。

寛永寺は徳川家の菩提寺として江戸最大の寺院となり、日光東照宮は世界遺産として現在も多くの参拝者を集める。江戸の都市設計における風水的配置は天海の構想とされ、東京の都市構造に今なお影響を残す。