Tùng Dương sinh ra trong một gia đình không theo nghệ thuật, nhưng từ nhỏ Tùng Dương đã được tiếp xúc với âm nhạc, đặc biệt chịu ảnh hưởng từ ông trẻ là cố nhạc sĩ Trần Hoàn, tiếp xúc với nhạc jazz từ lúc còn rất nhỏ tuổi, điều đó giúp góp phần định hình phong cách của anh sau này.

Năm 1995, Tùng Dương đoạt giải thưởng đầu tiên, Huy chương bạc Giọng hát hay Phát thanh Truyền hình Toàn quốc năm 1995. Năm 1999, anh thi đỗ vào Nhạc viện Hà Nội, dưới sự dẫn dắt của Nghệ sĩ Nhân dân Quang Thọ. Tùng Dương tiếp tục đoạt những giải thưởng cao, như giải ba cuộc thi Giọng hát trẻ Hà Nội vào năm 1999, giải ba cuộc thi Giọng hát hay Hà Nội năm 2001 và giải nhất năm 2003. Anh tốt nghiệp hệ đại học của Học viện năm 2007.

Năm 2004, Tùng Dương tham dự cuộc thi Sao Mai điểm hẹn năm đầu tiên, và trở thành một trong 12 thí sinh lọt vào vòng chung kết. Trong cuộc thi, anh chủ yếu biểu diễn các ca khúc của nhạc sĩ Lê Minh Sơn với phong cách dân gian đương đại, anh giành được giải thưởng do Hội đồng Nghệ thuật bình chọn.

Những ca khúc mà anh thể hiện trong cuộc thi, phần lớn là các sáng tác mang phong cách dân gian đương đại của Lê Minh Sơn, đã được anh đưa vào album đầu tay mang tên Chạy trốn (2004). Sau khi tạm dừng hát nhạc Lê Minh Sơn, Tùng Dương có những thử nghiệm với sáng tác của các nhạc sĩ khác như Ngọc Đại, Như Huy, Giáng Son, Lưu Hà An..., và tham gia hai chương trình 'Vọng nguyệt' của nhạc sĩ Quốc Trung cùng 'Gió bình minh' của Đỗ Bảo. Tiếp tục cộng tác với Đỗ Bảo, Tùng Dương cho ra mắt album thứ hai, Những ô màu khối lập phương (2007), album với nền hòa âm New Age đã giành chiến thắng ở hạng mục "Album của năm" trong Giải Cống Hiến 2007.

Tùng Dương được biết đến như là một nghệ sĩ tìm tòi, thể nghiệm những thể loại âm nhạc mới, như electronic và New Age. Tùng Dương thể hiện nhiều thể loại khác nhau, trong đó có pop, jazz, dân gian đương đại, New Age, Electronic, World Music và cả những sáng tác nhạc cách mạng, nhạc tiền chiến và tình khúc 1954-1975.