Nace en Valencia, España el 4 de mayo de 1757.

Realiza estudios en escultura y arquitectura, primero en su ciudad natal y luego en Madrid. Es nombrado escultor de cámara del Rey y ministro de la Suprema Junta de Comercio, Moneda y Minas.

En 1791 sale del puerto de Cádiz hacia Nueva España para hacerse cargo de la recién fundada Academia de San Carlos. Tolsá es el gran precursor del estilo Neoclásico en la Nueva España, no sólo a través de la Academia, sino por sus numerosas obras arquitectónicas y escultóricas que realizó en la ciudad de México y otros estados.

El Ayuntamiento le encargó varias obras de la catedral metropolitana: realizó la cúpula, el cuerpo central y el conjunto escultural de "Las virtudes teologales". Prácticamente transformó el paisaje de la ciudad, pues entre otras obras, remodeló la Alameda Central, el Real Seminario y el Coliseo, construyó el actual edificio del Museo de San Carlos, el Palacio de Minería, le fue confiado el reconocimiento del desagüe de la Ciudad, introduciendo el agua potable, y la construcción de los Baños del Peñón.

Entre los trabajos encomendados por el Ayuntamiento también se encontraba un proyecto para una plaza de toros. Es el autor de la famosa escultura ecuestre del emperador Carlos IV, conocida popularmente como "El caballito".

En el estado de Jalisco realizó el Hospicio Cabañas de Guadalajara. Otras de sus obras son el Colegio de las Misiones, conventos en Orizaba, en Querétaro y San Miguel. Como escultor, fue el autor de la los Cristos de bronce de la Catedral de Morelia, el tabernáculo de la Catedral de Puebla, con la talla de madera de la Virgen, y muchos otros más.

Falleció el 24 de diciembre de 1816 en la ciudad de México a consecuencia de una úlcera gástrica. Sus restos fueron sepultados en el cementerio de la parroquia de la Santa Veracruz, siendo trasladados después al Panteón de San Fernando.