Тулеев родился в 1944 году в городе Красноводске Туркменской ССР. Окончил Новосибирский институт инженеров железнодорожного транспорта (1973) и Академию общественных наук при ЦК КПСС (1989). Доктор наук. В 1990 году был избран депутатом Кемеровского областного Совета народных депутатов, являлся его председателем. В 1993-1996 годах - депутат Совета Федерации от Кузбасса, глава Законодательного собрания Кемеровской области.

В 1996-1997 годах Тулеев был членом правительства РФ, министром РФ по сотрудничеству со странами СНГ. В июле 1997 года был назначен главой администрации Кемеровской области, а в октябре того же года победил на выборах главы региона. В апреле 2001 году Тулеев также победил на выборах на этот пост - за него проголосовали 93,54% избирателей. В 2005 году президент РФ Владимир Путин продлил срок его полномочий до 2010 года.

В марте 2010 года президент РФ Дмитрий Медведев внес на рассмотрение Совета народных депутатов Кемеровской области кандидатуру Тулеева для наделения полномочиями губернатора на очередной срок, депутаты его единогласно утвердили.

В сентябре 2015 года Тулеев победил на выборах главы региона, за него проголосовали 96,69% избирателей.

В мае 2017 года Тулеев ушел в отпуск, который несколько раз продлевал. Позже выяснилось, что глава региона перенес операцию на позвоночнике.

1 апреля 2018 года после гибели людей в пожаре, который охватил ТРЦ "Зимняя вишня", Тулеев заявил, что подал президенту РФ Владимиру Путину прошение об отставке.

После этого он занимал кресло спикера регионального парламента, а затем ректора "Кузбасского регионального института развития профессионального образования".