Antônio Carlos Brasileiro de Almeida Jobim era membre d'una família benestant; el seu pare era Jorge de Oliveira Jobim i la seva mare, Nilza Brasileiro de Almeida. Instal·lats al barri carioca de Tijuca, el 1930 decideixen traslladar-se al barri d'Ipanema. Jorge de Oliveira va morir jove, quan Antônio tenia només vuit anys. Això va marcar la infància del cantant i va forjar-li un caràcter melancòlic.[2] La seva germana Helena Isaura va iniciar-li en la música, va prendre lliçons de piano amb Hans Joachim Koellteuter i inicià els estudis d'arquitectura, mentre freqüentava els ambients bohemis de la capital carioca, on aprengué a tocar també la guitarra.[3][4]
El 1950 abandonà aquella carrera i optà decididament per cultivar la seva carrera musical, actuant en clubs nocturns, com a pianista i guitarrista indistintament; eren anys de precarietat econòmica i hagué de compartir la música amb diversos treballs, un d'ells d'empleat de la companyia discogràfica Continental, on feia d'arranjador i transcrivia les partitures dels compositors.[5]
L'any 1953 va enregistrar la seva primera composició, Incerteza, amb veu de Mauricy Moura.[6] El primer èxit va arribar un any després, amb Tereza da praia, cantada per Dick Farney.[7]
El 1956, Jobim conegué el diplomàtic Vinicius de Moraes, el qual, aficionat al teatre, li demanà col·laboració per crear una sèrie de cançons per una obra dramàtica que es titularia Orfeu da Conceição.[8] El 1959, aquesta va ser adaptada al cinema per Marcel Camus en el film Orfeu Negre, que va assolir un gran èxit per la seva banda sonora, amb temes com Orfeo de Carnaval.[9] Jobim sempre manifestà que aquelles peces musicals no haurien estat mai escrites sense la influència del cèlebre compositor brasiler Heitor Villa-Lobos, del qual Jobim es considerà sempre deixeble.[10]
Després de l'èxit d'Orfeo Negro, Moraes i Jobim evolucionaren vers un eclecticisme musical en el qual s'hi reflecteix la samba com a factor singular brasiler, mesclada amb elements del cool jazz.[11][12]
El 1958 ambdós compositors enregistraren l'àlbum Canção do Amor Demais, amb la veu d'Elizeth Cardoso i la intervenció en un parell de peces del guitarrista de BahiaJoão Gilberto. Encara que no tingués gaire èxit comercial, se'l considera el primer LP de bossa nova i senta les bases d'aquest estil.[13] L'èxit arribaria només un any més tard, quan Jobim i Gilberto llancen Chega de Saudade, el primer gran single que suposà el reconeixement nacional de la bossa nova.[14] Fins a l'aparició del reggae, aquesta monopolitzà l'estil tropical. Aquell any 1959 Jobim publica un altre treball, aquest amb la cantant Sílvia Telles, on s'inclou la cançó A felicidade.[15]
Amb el cop d'estatmilitar de 1964, es desintegrà la vida intel·lectual, artística i bohèmia brasilera. El compositor va preferir no enfrontar-se obertament al règim i va centrar-se en la composició i en els estudis de gravació.[23] Va submergir-se en l'estudi de Villa-Lobos, Debussy o Ary Barroso i va explorar ritmes d'arrels afrobrasileres i indígenes. Va enregistrar diversos àlbums instrumentals, amb la seva música com a pianista i guitarrista que donarien la volta al món i també va gravar treballs amb altres artistes, com Elis Regina, Edu Lobo o Miúcha. D'aquesta època és la cèlebre Águas de Março. També va compondre peces per pel·lícules i sèries de televisió del Brasil.[24][25][26]
Juntament amb Heitor Villa-Lobos i Cacilda Borges Barbosa és un dels màxims exponents de la composició a Brasil.[27] El seu últim treball va ser el CDAntônio Brasileiro (1994),[28] que li valgué un Grammy al millor àlbum de jazz llatí. El premi va ser-li concedit de manera pòstuma, ja que la cerimònia d'entrega va tenir lloc gairebé tres mesos després de la mort de l'artista.[29]
El 15 d'octubre de 1949, Tom es va casar amb Thereza de Otero Hermanny (n. 1930), amb qui va tenir dos fills, Paulo i Elizabeth. L'any 1976, va conèixer a la fotògrafa Ana Beatriz Lontra, qui en aquells moments tenia dinou anys, la mateixa edat que la seva filla. Es van casar el 30 d'abril de 1986 i van tenir dos fills, João Francisco i Maria Luiza.[30]
Tom Jobim va morir el dijous 8 de desembre de 1994, a les 10 hores, en l'hospitalMount Sinai de Nova York. S'hi havia traslladat per tractar-se d'un càncer. Es va sotmetre a una intervenció el dimarts 6 de desembre, per extirpar un tumor a la veixiga. Però, el matí del dia 8 va patir dues aturades cardiorespiratòries, l'última d'elles fatal.[31]
La seva mort consternà el Brasil i l'escena musical mundial. Els mitjans informatius recordaren les seves paraules del 1993 quan a Rio de Janeiro li fou rendit un homenatge:[32]
«
El que vostès escoltaran és amor...Tota la meva obra és un cant d'amor al Brasil.
1995 - Songbook Instrumental Antonio Carlos Jobim (amb versions de O Trio, Sivuca, Marcos Resende, Ed Motta, Hermeto Pascoal, Sebastião Tapajós...).[39]