Viens no ievērojamākajiem 20. gs. teologiem, starpdisciplinārs domātājs, daudzu grāmatu autors, teoloģijā veidoja tiltus ar mūsdienu kultūru, tradicionālus teoloģiskus jēdzienus izteica sava laika filozofijas valodā, ietekmēja vairākus 20. gs. teologus.

P. Tilliha tēvs Johanness Tillihs (Johannes Tillich) bija konservatīvs luterāņu mācītājs Prūsijā; viņš kļuva par superintendentu. P. Tillihs mācījās ģimnāzijā Kēnigsbergā Neimarkā (tagad Hojna Polijā). 20. gs. sākumā P. Tillihs mācījās Frīdriha Vilhelma ģimnāzijā (Friedrich-Wilhelms-Gymnasium) Berlīnē, kuru beidza 1904. gadā. P. Tillihs studēja Berlīnes, Tībingenes un Halles universitātēs. 1911. gadā viņš ieguva doktora grādu Breslavas Universitātē (Universität Breslau) pēc disertācijas par reliģijas vēstures konceptu Frīdriha Šellinga (Friedrich Wilhelm Joseph von Schelling) filozofijā aizstāvēšanas. 1912. gadā saņēma teoloģijas licenciāta grādu Halles Universitātē (Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg).

1912. gadā P. Tillihs tika ordinēts par mācītāju. No 1914. gada, kad sākās Pirmais pasaules karš, viņš četrus gadus dienēja armijā kā kapelāns. Tas bija laiks, kad piedzīvoto traģēdiju rezultātā P. Tillihs vīlās tradicionālajā teoloģijā. Jaunu iedvesmu tālākajai dzīvei viņš atrada Frīdriha Nīčes (Friedrich Wilhelm Nietzsche) darbos. 1924. un 1925. gadā P. Tillihs pasniedza Marburgas Universitātē (Philipps-Universität Marburg), kur satika filozofu Martinu Heidegeru (Martin Heidegger). Abus vienoja interese par F. Šellinga filozofiju. Vēlāk P. Tillihs pasniedza Berlīnes, Drēzdenes un Leipcigas universitātēs. 1929. gadā P. Tillihs sāka strādāt Frankfurtes Universitātē (Johann Wolfgang Goethe-Universität Frankfurt am Main). 1933. gadā, īsi pēc Ādolfa Hitlera (Adolf Hitler) nākšanas pie varas, viņš tika atlaists no darba, jo neatbalstīja nacismu. Pēc teologa Reinholda Nībura (Karl Paul Reinhold Niebuhr), kurš tajā laikā viesojās Vācijā, ielūguma P. Tillihs emigrēja uz ASV un līdz 1955. gadam bija filozofiskās teoloģijas profesors Savienības teoloģijas seminārā (Union Theological Seminary) Ņujorkā. Pēc tam viņš pasniedza Hārvarda Universitātē (Harvard University), bet mūža beigās – Čikāgas Universitātē (University of Chicago).

P. Tillihs bija kristīgais sociālists. 1933. gadā grāmatā “Sociālistiskais lēmums” (Die sozialistische Entscheidung), kas sarakstīta apstākļos, kad auga nacisma ietekme, viņš kritizēja “politisku romantismu” – nostalģisku aizraušanos ar “izcelsmes mītu” (saistītu ar piederību kādai etniskai vai sociālai grupai). Pēc izceļošanas uz ASV P. Tillihs iesaistījās vācu politisko bēgļu un viņu atbalstītāju organizācijās. 1941. gadā kopā ar R. Nīburu izveidoja Demokrātiskās rīcības savienību (Union for Democratic Action), kuras mērķis bija cīnīties pret fašismu ASV un citur pasaulē. Otrā pasaules kara beigās P. Tillihs palīdzēja izveidot un vadīja īslaicīgi eksistējošo (1944–1945) Padomi demokrātiskai Vācijai (The Council for a Democratic Germany), kuras uzdevums bija demokrātijas atjaunošana Vācijā, vienlaikus cenšoties novērst Sabiedroto valstu pārliecīgu ekonomisku un politisku spiedienu uz Vāciju, jo uzskatīja, ka šāda politika pēc Pirmā pasaules kara veicināja Vācijas radikalizāciju. Dzīves beigu posmā P. Tillihs asi vērsās pret kodolieroču ražošanu. 

P. Tilliha teoloģija uzskatāma par apoloģētisku, jo ar savu korelācijas metodi viņš kristietību centās saistīt ar mūsdienu cilvēkiem aktuāliem jautājumiem. Domātāja skatījumā “apoloģētika ir sistemātiskajā teoloģijā visur klātesošs elements, nevis īpaša tās sadaļa”. P. Tillihs kritizēja izpratni par Dievu kā vispilnīgāko eksistējošo būtni, jo tādā gadījumā Dievu nevar saukt par visa esošā pamatu. Pazīstams un polemiku izraisījis ir P. Tilliha izteikums, ka “Dievs neeksistē. Viņš ir esamība pati par sevi, aiz būtības un eksistences. Tāpēc apgalvot, ka Dievs eksistē, nozīmē noliegt viņu.” Esamību var apzināt tikai mistiskā pieredzē. P. Tillihs kritizēja reliģijas reducēšanu līdz psiholoģiskam vai sociālam fenomenam. Viņam reliģija ir cilvēka dzīves dziļuma dimensija, tā nav tikai morāla vai kognitīva, bet kultūras būtība. Vienlaikus kultūra ir reliģijas forma. Reliģija vienmēr pastāv kādas kultūras “ietērpā”. Tāpēc likumsakarīgi, ka P. Tilliham bija liela interese par mākslu. Ekspresionismu viņš uzskatīja par reliģisku, jo tajā atspoguļojas gan atsvešinātība, gan cerība uz glābiņu. Kā piemēru viņš minēja Pablo Pikaso (Pablo Picasso) 1937. gadā gleznoto un pretkara tēmai veltīto “Gerniku” (Guernica).

P. Tilliham Kristus persona ir svarīga, taču ne kā pētnieku rekonstruēts vēsturiskais Jēzus, kas, viņaprāt, ir pārāk hipotētisks. Kristus viņa teoloģijā ir simbols, kurā tiek atrisināta eksistences nenoteiktība. Akadēmiskā lokā populāra ir viņa triju sējumu sistemātiskā teoloģija – 1951. gadā tika publicēts tās pirmais sējums, pie kura viņš bija sācis strādāt jau Marburgā 1925. gadā. 1957. gadā tika publicēts otrais un 1963. gadā – trešais sējums. Ārpus akadēmiskās vides ievērību guvušas citas vienkāršākā valodā sarakstītas grāmatas – “Drosme būt” (The Courage to Be, 1952), kurā atspoguļojas viņa eksistenciālisms, un “Ticības dinamika” (Dynamics of Faith, 1957). 1948. gadā publicēts viņa rakstu krājums “Protestantu ēra” (The Protestant Era) un sprediķu apkopojums “Pamatu satricināšana” (The Shaking of the Foundations).

P. Tilliha teoloģija ir ietekmējusi daudzus 20. gs. teologus. Martins Luters Kings (Martin Luther King Jr.) savā doktora disertācijā salīdzināja Dieva izpratni P. Tilliha un amerikāņu teologa un filozofa Henrija Vīmana (Henry Nelson Wieman) darbos. Lai gan M. L. Kings kritizēja P. Tilliha izpratni kā pārāk abstraktu, viņš atzina teologa ietekmi un vēlāk bieži atsaucās uz P. Tilliha uzskatu par grēku kā atšķirtību, izmantojot to, lai kritizētu rasu segregāciju. Feminisma teoloģi Salliju Makfegjū (Sallie McFague) ietekmēja P. Tilliha redzējums par reliģijas valodas metaforisko raksturu. Viņa pati, pielietojot trīs tradicionālas mīlestības kategorijas kristietībā (ἀγάπη, agápē, ἔρως, érōs un φιλία, philía), ieteica Dieva modeļus – Dievs kā māte, mīlētājs un draugs. Pazīstamajam trapistu mūkam un grāmatu autoram Tomasam Mērtonam (Thomas Merton) P. Tilliha ideja par ticību kā drosmi sastapties ar šaubām kļuva par vienu no centrālajām tēmām. Savukārt Dieva nāves teoloģija P. Tilliha izvērsto tradicionālā teisma kritiku un mācību par Dievu kā esamības dziļumu attīstīja idejā par Dievu, kas ir pilnīgi, līdz pat nāvei iemiesojies pasaulē. Pats P. Tillihs rakstīja, ka “tradīcijas Dievs vēl aizvien ir dzīvs”. 

P. Tillihs ir atstājis ietekmi arī uz psiholoģijas nozari. No 1941. līdz 1945. gadam viņš piedalījās Ņujorkas psihologu diskusiju grupā. Tajā piedalījās arī Ērihs Fromms (Erich Fromm) un Karls Rodžers (Carl Ransom Rogers). P. Tilliha students un draugs Rollo Meijs (Rollo Reece May) izmantoja P. Tilliha idejas un attīstīja eksistenciālo psihoterapiju.

P. Tillihs sadarbojās ar vēlāk pazīstamās Frankfurtes sociāli kritiskās skolas pārstāvjiem – viens no viņa asistentiem Frankfurtes Universitātē bija Teodors Adorno (Theodor W. Adorno), un P. Tilliham bija būtiska loma, kad darbā par socioloģijas profesoru un institūta direktoru tajā pašā universitātē tika pieņemts Makss Horkheimers (Max Horkheimer). 1930.–1931. gada ziemas semestrī P. Tillihs un M. Horkheimers kopīgi pasniedza kursu par filozofu Džonu Loku (John Locke). 

Par nopelniem Pirmā pasaules kara laikā P. Tillihs saņēma Dzelzs krustu. Vēlāk, būdams pazīstams teologs, viņš ieguva goda doktora titulus no vairākām universitātēm pasaulē, kā arī piedalījās nozīmīgās lekcijās. 1953.–1954. gadā P. Tillihs piedalījās Giforda lekcijās Aberdīnas Universitātē (University of Aberdeen). Šīs lekcijas aizsākās 1887. gadā saskaņā ar skotu jurista Adama Giforda (Adam Gifford) testamentāro novēlējumu. Tās tiek lasītas četrās universitātēs Skotijā. 1950. gadā P. Tillihs piedalījās Dvaita Terija vārdā (Dwight H. Terry) nosauktās lekcijās Jeila Universitātē (Yale University).