三浦氏の一族である芦名氏の出自で、陆奥国に生まれたとされる。その根拠は、『东睿山开山慈眼大师縁起』に「陆奥国会津郡高田の郷にて给ひ。芦名修理太夫平盛高の一族」と记されていることである。しかし同时にそこには「俗氏の事人のとひしかど、氏姓も行年わすれていさし知ず」とあり、天海は自らの出自を弟子たちに语らなかったとある。また、「将军义澄の末の御子といへる人も侍り」と足利将军落胤说も同时に载せられている。
须藤光晖『大僧正天海』では诸文献の比较検讨により、芦名氏の女婿である船木兵部少辅景光の息子であると结论づけている[1]。

生年もはっきりしていないが、长命であったことは确かであるとされる。
小槻孝亮の日记『孝亮宿祢日次记』には、天海が寛永9年4月17日（1632年6月4日）に日光东照宫薬师堂法华経万部供养の导师を行った记事があるが、天海はこの时97歳（数え年）であったという。これに従うと生年は天文5年（1536年）と推定され、没年は107歳となる。このほか永正7年（1510年）（上杉将士书上）、享禄3年（1530年）、天文11年（1542年）、天文23年（1554年）といった说がある。しかしこれらは比较的信頼度が低い史料が元であるとされている[2]。须藤は12の生年说を比较検讨した上で、天文5年说を妥当としている[1]。

龙兴寺にて随风と号して出家した后、14歳で下野国宇都宫の粉河寺の皇舜に师事して天台宗を学び近江国の比睿山延暦寺や三井寺、大和国の兴福寺などで学を深めたという。元亀2年（1571年）、织田信长により比睿山が焼き打ちに合うと武田信玄の招聘を受けて甲斐国に移住する。その后、芦名盛氏の招聘を受けて黒川城（若松城）の稲荷堂に住し、さらに上野国の长楽寺を経て天正16年（1588年）に武蔵国の无量寿寺北院（现在の崎玉県川越市。后の喜多院）に移り、天海を号したとされる。

天海としての足迹が明了となるのは、无量寿寺北院に来てからである。この时、江戸崎不动院の住持も兼任していた。浅草寺の史料によれば北条攻めの际、天海は浅草寺の住职忠豪とともに家康の阵幕にいたとする。これからは、天海が関东に赴いたのはそもそも家康のためであったことがうかがえる。
豪海の后を受けて、天海が北院の住职となったのは庆长4年（1599年）のことである。その后、天海は家康の参谋として朝廷との交渉等の役割を担う。庆长12年（1607年）に比睿山探题执行を命ぜられ、南光坊に住して延暦寺再兴に関わった。ただし、辻达也は天海が家康に用いられたのは庆长14年（1609年）からだとしている[2]。この年、朝廷より権僧正の僧位を受けた。
また庆长17年（1612年）に无量寿寺北院の再建に着手し、寺号を喜多院と改め関东天台の本山とする。庆长18年（1613年）には家康より日光山贯主を拝命し、本坊・光明院を再兴する。大坂の役の発端となった方広寺钟铭事件にも深く関わったとされる[3]。

元和2年（1616年）、危笃となった家康は神号や葬仪に関する遗言を同年7月に大僧正となった天海らに托す。家康死后には神号を巡り金地院崇伝、本多正纯らと争う。天海は「権现」として山王一実神道で祭ることを主张し、崇伝は家康の神号を「明神」として吉田神道で祭るべきだと主张した。天海が2代将军となった徳川秀忠の谘问に対し明神は豊国大明神として豊臣秀吉に対して送られた神号であり、その后の豊臣氏灭亡を考えると不吉であると提言したことで家康の神号は「东照大権现」と决定され家康の遗体を久能山から日光山に改葬した。
その后3代将军・徳川家光に仕え、寛永元年（1624年）には忍冈に寛永寺を创建する。江戸の都市计画にも関わり、阴阳道や风水に基づいた江戸镇护を构想する。
紫衣事件などで罪を受けた者の特赦を愿い出ることもしばしばであり、大久保忠隣・福岛正则・徳川忠长など赦免を愿い出ている。これは轮王寺宫が特赦を愿い出る惯例のもととなったという[2]。堀直寄、柳生宗矩と共に沢庵宗彭の赦免にも奔走した。寛永20年（1643年）に108歳で没したとされる。その5年后に、朝廷より慈眼大师号を追赠された。
墓所は栃木県日光市。
庆安元年（1648年）には、天海が着手した『寛永寺版（天海版）大蔵経』が、幕府の支援により完成した。

慈眼堂 - 轮王寺にある天海の庙所（国の重要文化财）
慈眼堂 - 喜多院にある天海の庙所（国の重要文化财）
慈眼堂 - 大津市坂本にある天海の庙所（滋贺県指定文化财）