В 1938 окончил ГИТИС (педагоги – А.М.Лобанов, А.Д.Попов). В 1938–1946 – режиссер Русского драматического театра им. А.С.Грибоедова (Тбилиси). Первая постановка – Дети Ванюшина С.Найденова (1938). За годы работы в этом коллективе поставил ряд спектаклей, наибольший резонанс из которых получили Кремлевские куранты Н.Погодина (1940), Парень из нашего города К.Симонова (1941), Школа злословия Р.Б.Шеридана (1942), Ленушка Л.Леонова (1943), Лисички Л.Хеллман (1945). В 1946–1949 Товстоногов работал в Центральном детском театре (Москва), где поставил Где-то в Сибири И.Ирошниковой (1949) и Тайну вечной ночи И.Луковского (1949, совместно с А.А.Некрасовой). Параллельно ставил спектакли в других театрах столицы (Гастрольный реалистический, Студия Театра оперетты), а также в Русском драматическом театре в Алма-Ате. В 1949 Товстоногов вновь обратился к пьесе И.Ирошниковой Где-то в Сибири, поставив спектакль в Театре им. Ленинского комсомола (Ленинград), вскоре был приглашен главным режиссером этого коллектива, который возглавлял с 1950 по 1956. В этот период Товстоногова, как правило, не интересовали литературно завершенные пьесы – режиссер предпочитал сценарную фактуру. Остро ощущая современные темы, Товстоногов каждый раз искал и находил соответствующие им современные формы и ритмы спектаклей. В среднем режиссер выпускал четыре спектакля за сезон, работая почти одновременно над такими разными произведениями, как Дорогой бессмертия (пьеса написана Товстоноговым совместно с В.Брагиным по книге Ю.Фучика Репортаж с петлей на шее), Закон Ликурга Н.Базилевского по Т.Драйзеру и Гроза А.Н.Островского (все – 1951).

В 1952 была поставлена Гибель эскадры А.Корнейчука. В 1960 Товстоногов поставит Гибель эскадры в БДТ, и время, прошедшее между двумя версиями, отчетливо выступит в новой работе уже прославленного режиссера: многие оттенки приобретут иное звучание, будут переосмыслены отдельные характеры (спектакль 1970 в Русском драматическом театре им. А.В.Луначарского в Севастополе станет еще одной совершенно новой версией). Подобное произойдет и с пьесой Вс.Вишневского Оптимистическая трагедия – впервые Товстоногов поставил спектакль в 1955 в Академическом театре им. А.С.Пушкина (ныне Александринский театр драмы), и постановка стала событием для советской сцены, которой в канун «оттепели» возвращалась восстановленная в своих правах революционная публицистика. В 1958 Товстоногов был удостоен Ленинской премии за Оптимистическую трагедию. К пьесе Вишневского режиссер возвращался еще дважды: в 1957 в Праге (Национальный театр ЧССР) и в 1981 в БДТ.

В 1956 Товстоногов поставил в Театре им. Ленинского комсомола Униженных и оскорбленных Ф.М.Достоевского – это было первое за долгие годы возвращение театра к творчеству писателя. Товстоногов вернул сцене большую литературу, заставив пересмотреть глубже и пристальнее наше наследие. Вскоре был приглашен возглавить Большой драматический театр им. М.Горького, переживавший к тому времени тяжелый период. Уже первые постановки режиссера в БДТ (Шестой этаж А.Жери, Безымянная звезда М.Себастьяну, Когда цветет акация Н.Винникова – все 1956) заставили зрителей и критиков обратить внимание на театр. Но когда в следующем, 1957, состоялась премьера Идиота Достоевского, спектакль стал одним из крупнейших событий отечественного театрального искусства. К началу 1960-х годов Товстоногов выстроил самобытный репертуар своего театра: с одной стороны, здесь в непритязательных комедиях (Когда цветет акация) жесткий режиссерский подход позволял задуматься всерьез о современности; с другой – давний интерес Товстоногова к «сценарности», позволяющей выявить свободу сопоставлений, ассоциаций, дающей возможность выстроить не линейное сцепление событий, а цепочку внутрених сдвигов и сломов, подарило отечественному искусству такие произведения, как Идиот, Пять вечеров (1958) и Моя старшая сестра (1961) А.М.Володина, Не склонившие головы Н.Дугласа и Г.Смита (1961), Иркутская история А.Н.Арбузова (1960).

Каждый из поставленных Товстоноговым спектаклей становился подлинным событием культурной жизни не только Ленинграда, но всей страны. Не одни лишь профессионалы – критики, артисты, режиссеры, но значительная часть российской интеллигенции приезжала в те годы в Ленинград, чтобы выстоять ночь за билетом на премьеру Товстоногова. Режиссер смело «переключал» в образную систему драматического театра образность иных видов искусства – кино (Не склонившие головы), кукольного театра (Божественная комедия И.Штока, 1962). Труппа БДТ становилась одной из самых популярных в стране – З.Шарко, Н.Ольхина, Т.Доронина, Л.Макарова, М.Призван-Соколова, Э.Попова, В.Ковель, К.Лавров, И.Смоктуновский, П.Луспекаев, Е.Копелян, С.Юрский, В.Стржельчик, П.Панков, Н.Трофимов, Е.Лебедев, О.Борисов, В.Полицеймако, О.Басилашвили, В.Кузнецов, Г.Штиль, В.Медведев, М.Волков и другие получали известность далеко от берегов Невы. Самыми популярными спектаклями 1960-х годов были (помимо названных) Варвары (1959) и Мещане (1966) М.Горького, Океан А.П.Штейна (1961), Перед ужином (1962) и Традиционный сбор (1967) В.С.Розова, Горе от ума А.С.Грибоедова (1962), Еще раз про любовь Э.С.Радзинского (1964), Поднятая целина М.А.Шолохова (1964), Три сестры А.П.Чехова (1965), Сколько лет, сколько зим! В.Пановой (1966), Лиса и виноград Г.Фигейредо (вторая редакция, первая – 1957), Король Генрих IV Шекспира (1969), Правду! Ничего, кроме правды! Д.Аля (1969).

В 1970-е годы режиссер поставил спектакли Беспокойная старость Л.Рахманова (1970), Ревизор Н.В.Гоголя (1972), Ханума А.Цагарели (1972), Прошлым летом в Чулимске А.В.Вампилова (1974), Энергичные люди В.М.Шукшина (1974), Три мешка сорной пшеницы В.Тендрякова (1974), Протокол одного заседания А.Гельмана (1975), История лошади по повести Л.Н.Толстого Холстомер (1975), Дачники Горького (1976), Тихий Дон М.А.Шолохова (1977), Пиквикский клуб Ч.Диккенса (1978), Жестокие игры А.Н.Арбузова (1977), Мы, нижеподписавшиеся Гельмана (1979, совместно с Ю.Аксеновым). К известным постановкам этого периода относится и поставленный Товстоноговым в «Современнике» (Москва) спектакль Балалайкин и К (пьеса С.В.Михалкова по роману М.Е.Салтыкова-Щедрина Современная идиллия, 1973). В 1980-е годы – Перечитывая заново (1980, совместно с Ю.Аксеновым), Волки и овцы А.Н.Островского (1980), Дядя Ваня А.П.Чехова (1982), Амадеус П.Шеффера (1982), Мачеха Саманишвили (пьеса Б.Рацера и В.Константинова по повести Д.С.Клдиашвили, 1982), Смерть Тарелкина А.В.Сухово-Кобылина (1983), Киноповесть с одним антрактом А.М.Володина (1984). В конце 1970-х – начале 1980-х годов труппа БДТ пополнилась А.Фрейндлих, Е.Поповой, А.Толубеевым, В.Ивченко, Ю.Томошевским и др.

Последней постановкой Товстоногова была пьеса Ф.Дюрренматта Визит старой дамы. Товстоногов много ставил за границей (Финляндия, Германия, Болгария, Польша и др.), работал на радио и телевидении. Ряд интересных спектаклей, получивших широкую известность, поставлен в Учебном театре ЛГИТМиК (ныне – СПГАТИ) со студентами актерско-режиссерского курса, который он вел на протяжении нескольких десятилетий. Среди учеников Товстоногова режиссеры Л.Додин, И.Владимиров, Г.Яновская, К.Гинкас, В.Воробьев, В.Гвоздков, Ю.Аксенов и др.

Умер Товстоногов в Санкт-Петербурге 23 мая 1989.