Nicolae Tonitza s-a născut la 13 aprilie 1886, la Bârlad, judeţul Vaslui, fiind primul dintre cei cinci copii ai ai Anastasiei și ai lui Neculai Toniță – comerciant. A urmat Şcoala primară de băieți nr. 2 din Bârlad, apoi Gimnaziul real “Manolache K. Epureanu” din localitatea natală, dovedind încă din copilărie calităţi remarcabile de caricaturist şi desenator.

În anul 1902 este înscris la Şcoala Normală de Belle-Arte de la Iaşi, în clasa pictorului Gr. Gheorghe Popovici, avându-l ca profesor şi pe Emanoil Bardasare, iar printre colegi pe Ștefan Dimitrescu și Leon Viorescu, de care va lega o lungă şi trainică prietenie. Tonitza nu a obţinut însă diploma de absolvire deoarece participă în ultimul an la o grevă a studenților.
În anul 1903 cunoaște Italia, în cadrul unei excursii a studenților de la Arheologie din București, condusă de profesorul Grigore Tocilescu, apoi, un an mai târziu pictează, împreună cu Ştefan Dimitrescu, biserica din Grozăveşti, judeţul Bacău
În anul 1905 lucrează la decorarea capelei Palatului Mitropoliei din Iaşi, alături de Emanoil Bardasare, iar în 1907 pleacă la Műnchen, unde este admis, un an mai târziu, la Konigliche Baterische Akademie der Bilden der Kunste – fosta Academie Regală Bavareză de Arte Frumoase, actualmente Academia de Arte Frumoase din München – , la clasa profesorului Hugo von Habermann.

În această perioadă îşi expune lucrările la Kunstverein din München, însă trimite caricaturi la revista Furnica și îşi face debutul publicistic cu articolul “Importanța criticii de artă”, în revista Arta română din Iași. În 1909 abandonează studiile şi pleacă din Germania în Italia, în vară, şi Franţa, în toamnă, lucrând o perioadă alături de Ed. Jean Aman, frecventează atelierul lui Pierre Laprade și face studii după pictori celebri. Pe perioada de doi ani cât a stat la Paris, Tonitza execută multe peisaje, remarcându-se prin calitățile de colorist și prin prospețimea senzațiilor care îl consacră drept un pictor extrem de original. În 1911 se reîntoarce în țară, mai întâi la Bârlad și mai târziu la Iași, unde predă desen pentru o scurtă perioadă, ca suplinitor la Liceul militar. În acelaşi an participă la expoziția “Tinerimii artistice” şi creează seria de lucrări numită „Din viaţa celor umili“.

În 1912 îşi încheie studiile la Școala națională de Belle-Arte și obține prin concurs diploma de “pictor bisericesc”, urmând ca mai apoi să decoreze bisericile din Scorțeni, Siliște, Poeni, Văleni și altele. În acelaşi an, participă la Expoziţia artiştilor în viaţă, unde obţine premiul al III-lea. În 1913 pictează câteva capele mortuare, lucru pe care îl face şi în perioada următoare în Ilfov, Valea Rea, Silişte, Galbeni, Poeni, Bragadiru, Griviţa şi Durău. În acelaşi an se căsătorește cu Ecaterina Climescu cu care va avea doi copii, Catrina și Petru. Renunţă pentru o perioada la pictură, din motive financiare, timp în care lucrează ca redactor la ziarul Iașul. În 1916 expune la București un număr de 94 de picturi și desene, împreună cu Ștefan Dimitrescu, apoi este mobilizat și trimis pe front, unde cade prizonier în luptele de la Turtucaia (1-6 septembrie 1916), de unde va fi trimis în lagărul de prizonieri din Kirjali, din Bulgaria.

După încheierea războiului se stabilește la București, unde participă la expoziții și ilustrări de cărți şi colaborează la publicații de orientare socialistă cu desene și cronici artistice. În 1918 participă la Expoziţia Arta Română, la Iaşi, iar în 1921 are prima expoziţie personală alături de Şt. Dimitrescu şi Camil Ressu. În perioada 1921-1924 locuiește la Vălenii de Munte, devine redactor la revista Artele Frumoase şi începe să lucreze olărit. Călătorește apoi în Transilvania, unde îl cunoaște pe pictorul sătmărean Aurel Popp, cu care va lega o prietenie strânsă şi cu care avea să poarte o corespondență impresionantă.

Un an mai târziu are a doua expoziţie personală şi participă, de asemenea la Salonul Umoriştilor, iar în 1924 părăseşte Vălenii de Munte şi organizează o nouă expoziţie personală. În acelaşi an expune la Bienala din Veneția iar în 1925 se retrage din asociația “Arta Română” și – împreună cu Francisc Șirato, Oscar Han și Ștefan Dimitrescu – întemeiază “Grupul celor patru” – grupa care realizează prima expoziţie în 1926, urmată de ediţiile din 1927 şi 1928, dar şi de altele, până în anul 1934. Tonitza expune apoi la Căminul Artei, iar în 1929 participă la Expoziţia Internaţională de la Barcelona, unde primeşte Marele Premiu. Au urmat nenumărate expoziţii personale, colective, şi un număr impresionant de biserici pictate. Participă, de asemenea la expoziţiile din străinătate de la Amsterdam(1930) şi Bruxelles (1935). În 1933 ocupă catedra de pictură la Academia de Belle-Arte din Iași, rămasă vacantă în urma decesului prietenului său Ștefan Dimitrescu, apoi merge la Balcic unde îşi descoperă atracţia deosebtă pentru peisajele marine. În 1937 este numit rector al Academiei de arte frumoase la Iaşi, însă apoi se îmbolnăveşte grav. Pe 26 februarie 1940 trece la cele veşnice.