Tarsem s-a născut în Jalandhar, Punjab, într-o familie sikh punjabi. Tatăl său era inginer de aeronave. Este absolvent al Art Center College of Design din Pasadena, California.
Tarsem și-a început cariera regizând videoclipuri muzicale, inclusiv „Hold On” de la En Vogue, „Sweet Lullaby” de la Deep Forest și hitul de succes „Losing My Religion” de la R.E.M., acesta din urmă câștigând premiul pentru Cel Mai Bun Videoclip al Anului la MTV Video Music Awards din 1991. A regizat zeci de reclame pentru branduri precum Nike și Coca-Cola. Debutul său în regia de lungmetraj a fost cu filmul The Cell (2000), cu Jennifer Lopez în rol principal.
În 2003, Tarsem a regizat una dintre cele mai elaborate reclame Pepsi de până acum. Aceasta a combinat o temă de gladiatori cu piesa „We Will Rock You” de la Queen. Reclama l-a avut în rol principal pe Enrique Iglesias în versiunea difuzată în Europa și America de Nord și pe Amr Diab în versiunea difuzată în lumea arabă.
Al doilea film al lui Tarsem, The Fall, a avut premiera la Festivalul Internațional de Film de la Toronto din 2006 și a fost lansat în cinematografe în Statele Unite în 2008. Al treilea său film a fost Immortals din 2011. A regizat o adaptare a poveștii fraților Grimm „Albă ca Zăpada”, numită Mirror Mirror (2012).