Родился 6 марта 1936 г. в крестьянской семье в округе (мыанг) Сайсеттха провинции Атаппы (Лаос).
Получил образование во Вьетнаме и Советском Союзе.
С 1954 г. принимал участие в гражданской войне в Лаосе (1953-1975). В 1955 г. вступил в Народную партию, которая в 1972 г. была переименована в Народно-революционную партию Лаоса (НРПЛ). После провозглашения Лаосской Народно-Демократической Республики (ЛНДР) 2 декабря 1975 г. она является правящей и единственной политической партией в стране.
В 1982 г. вошел в состав ЦК НРПЛ. Впоследствии стал членом Политбюро ЦК партии (переизбирался в 1991 г., 1996 г., 2001 г. и 2006 г.). В 1986 г. вошел в состав секретариата ЦК НРПЛ.
В 1982-1991 гг. занимал пост первого заместителя министра обороны ЛНДР. С августа 1991 г. по март 2001 г. - министр обороны. С февраля 1998 г. совмещал должности министра обороны и заместителя премьер-министра.
С 27 марта 2001 г. по июнь 2006 г. - вице-президент Лаоса.
21 марта 2006 г. по итогам 8-го съезда НРПЛ избран генеральным секретарем ЦК НРПЛ. Переизбран 21 марта 2011 г. на 9-м съезде партии на второй пятилетний срок. Покинул пост 22 января 2016 г.
8 июня 2006 г. Национальное собрание избрало Тюммали Сайнясона президентом ЛНДР (переизбран 15 июня 2011 г.). В соответствии с конституцией Лаоса, президент является верховным главнокомандующим вооруженными силами. 20 апреля 2016 г. был освобожден от должности.
Приоритетом его внутренней политики стало проведение социально-экономических реформ, модернизация промышленности и сокращение экономической зависимости Лаоса от соседних Китая и Таиланда. Заявлял о необходимости полной ликвидации бедности к 2020 г.
Генерал-лейтенант в отставке.
Супруга Кеосайчай. В семье 8 детей.