刘天佐出生于吉林省长春市，早年曾在沈阳军区某部文工团服役，并担任演员班长的职务。在部队期间，他多次参与全军的文艺汇演活动，凭借出色的表演才能屡次获得各类奖项与表彰。直至2002年年底，刘天佐正式从部队退伍，随后通过考试进入中央戏剧学院成人教育学院深造，开始了其系统性的专业学习阶段。此外，一张刘天佐的早期合影照片（图中左二为其本人）也记录了他那段时期的形象与状态。
二零零六年十二月，由刘天佐与王宝强、张国强、张译等多位演员共同出演的军事动作兼青春励志题材剧集《士兵突击》正式与观众见面。在该剧中，刘天佐生动诠释了一位一级士官、同时也是主角许三多在五班的战友老魏这一角色，值得一提的是，这部作品是刘天佐从中央戏剧学院毕业以后所参与拍摄的首部电视剧，对其演艺生涯具有重要的起点意义。进入二零零七年，刘天佐继续拓展戏路，先后出演了电视剧《糊涂小天使》以及一部战争题材的电影《夜袭》，进一步积累了表演经验。至二零零九年，他又参演了一部战争背景的电视连续剧《我的团长我的团》，在剧中他扮演了川军团炮兵时小毛，因其角色性格鲜明而被观众以“克虏伯”的绰号所熟知。同年九月，刘天佐与张译、李晨等演员合作出演的电视剧《生死线》开始播映，他在剧中饰演的六品一角凭借扎实的演技和真挚的情感表达，获得了广大观众的认可与好评。
二零一零年，演员刘天佐凭借在电视剧《为了新中国前进》中塑造的牛玉合这一角色，成功走进了广大观众的视野。他以其敦实可爱的外形与富有亲和力的表演，赢得了观众的普遍喜爱，并被大家亲切地冠以“功夫熊猫”的昵称。次年，在都市情感题材剧《裸婚时代》中，他饰演了男主角刘易阳的贴心好友冬瓜，进一步展现了其在生活化角色上的驾驭能力。同一年，他还在作品《蚁族的奋斗》中扮演了幽默乐观的进城务工青年冯大宝，这个充满草根气息的角色被许多观众形容为“蚁族”版的王宝强，令人印象深刻。二零一二年，刘天佐于《我的经济适用男》中化身为性格老实、专注于技术的“科技男”蔡军，并与演员高露共同演绎了一段质朴而温暖的爱情故事，细腻的情感表达获得了不少好评。 二零一三年，他参与了贺岁微电影《告别囧途》的拍摄，在短小精悍的片幅中，以其独具特色的诙谐表演为观众带来了诸多欢乐。同年九月，一部汇聚了毕彦君、任泉、阎娜、王雨等众多实力派演员的家庭伦理励志剧《放开我的手》正式与观众见面，刘天佐在其中的表现也为该剧增添了扎实的表演质感。进入二零一四年五月，在都市爱情喜剧电影《拆散专家》中，他与黄圣依、贾一平、张峻宁、林雪等人合作，饰演了专门负责“拆散”任务的角色贝塔，成为了推动剧情发展的关键人物。同年十月，他登上了中央电视台一套的王牌综艺节目《谢天谢地你来啦》，在更广阔的舞台上展示了个人魅力。 二零一五年，随着剧集《盗墓笔记》的持续热播，刘天佐所饰演的王胖子一角因其鲜活生动的演技和自然流露的幽默感，深深赢得了网友们的青睐，他被观众誉为“影视剧演员中身手最为灵活的胖子”，这个称号充分认可了其表演的灵活性与独特性。同年五月，他与黄晓明、杨幂等知名演员共同参演的电影《何以笙箫默》登陆院线，在片中他扮演律师合伙人“老袁”，以其特有的喜剧天赋为影片注入了轻松愉快的氛围。十一月，他首次尝试参与真人秀节目《一起出发》，开拓了演艺事业的新领域。二零一六年一月，在都市情感大戏《嘿，孩子！》中，他挑战了健身教练方乐这一角色，展现了不同于以往的形象。同年十二月，其参演的青春罪案悬疑电影《少年》正式上映，他在片中饰演了一位充满喜感的刑警，在紧张悬疑的剧情中起到了调节节奏的作用。
自2017年起，演员刘天佐在多部影视作品中展现了其多样化的角色塑造能力。这一年，他在电视剧《大话西游之爱你一万年》中成功塑造了天蓬元帅这一经典形象。进入2018年，其演艺活动更为活跃：3月12日，他参演的电视剧《梦想合伙人》正式播出，在剧中他诠释了贾磊这一角色；随后在8月10日，由其主演的电影《爱情公寓》登陆院线，他在影片中生动演绎了王胖子这一人物；同年10月，他还作为嘉宾参与了综艺节目《我就是演员》的录制。2019年，刘天佐在电影《“大”人物》中挑战自我，饰演了一位造假大佬，这是一个颇具深度的反面角色；到了同年10月，由他领衔主演的科幻爱情轻喜剧《我的机器人男友》于浙江卫视周播剧场与观众见面；11月，他投入了现实题材电视剧《在不安的世界安静的活》的拍摄工作，该剧直至2020年6月方才顺利完成全部制作。 2020年，刘天佐继续其稳定的产出：8月12日，其参演的电视剧《小镇警事》播出；12月13日，他主演的检察法治剧《巡回检察组》上映，在剧中他饰演了常子龙一角。2021年是其作品集中上映的一年：2月12日，他参演的犯罪喜剧片《人潮汹涌》与电影《刺杀小说家》选择在同日公映；5月4日，在作品《理想照耀中国》中，他化身为国家柔道队的金牌教练；9月22日，由他领衔主演的现实主义悬疑网剧《暗房》在爱奇艺平台独家上线；10月21日，其参演的电视剧《突围》播出；12月8日，他主演的援非医疗行业剧《埃博拉前线》在浙江卫视与北京卫视同步播出；紧接着在12月15日，其参演的电视剧《雪中悍刀行》通过腾讯视频和CCTV-8联合播出，他在剧中精彩演绎了褚禄山这一角色。 2022年，刘天佐的演艺事业持续拓展：2月5日，他特别出演的冬奥献礼剧《冰雪之名》播出；4月28日，由其领衔主演的当代都市剧《新居之约》与观众见面，他在剧中饰演了刘建东；同年12月15日，他参演的电影《逃学神探》上映。进入2023年，其工作节奏依然紧凑：2月8日，其主演的电视剧《战旗如画》在沂南县举行了隆重的开机仪式；次日（2月9日），他参演的民俗悬疑电影《入棺》便登陆了大银幕；4月14日，另一部他参演的电影《倍儿喜欢你》上映；10月26日，他友情出演的电视剧《最遥远的距离》播出；12月9日，其主演的电影《寻龙诀：生死门》于腾讯视频平台独家播映；12月21日，他参演的电视剧《三大队》也与观众如期见面。 2024年，刘天佐依然活跃在荧屏之上：3月11日，他特别出演的电视剧《江河之上》播出；6月2日，其参演的《墨雨云间》播出；6月21日，另一部他参演的《颜心记》播出；9月9日，他出演的电视剧《迎风的青春》在CCTV-8频道播出；9月18日，其参演的电视剧《暗夜与黎明》播出；随后在11月20日，他参演的电视剧《白夜破晓》也顺利播出。展望已排期的2025年，刘天佐仍有数部作品待播：2月26日，其参演的电视剧《只此江湖梦》计划播出；5月5日，他特别出演的电视剧《刑警的日子》预计上映；11月8日，参演的电视剧《唐朝诡事录之长安》安排播出；12月15日，另一部参演剧集《老舅》将亮相；同年12月29日，电视剧《剥茧》也计划与观众见面，刘天佐在其中均有参与。
二零一一年，演员刘天佐与同为演艺工作者的方慧正式登记结婚，两人的缘分始于中央戏剧学院的学习时光。在共同求学的岁月里，他们从同窗逐渐发展为亲密恋人，并最终决定携手共度人生，建立了婚姻关系。然而，婚姻生活并非总是一帆风顺，根据后续公开的权威资料与法律文件显示，这段持续了十年的婚姻关系已于二零二一年终结，双方经法定程序办理了离婚手续。
二零一五年一月，演员刘天佐积极响应音乐人金志文发起的公益倡议，通过个人社交平台发布了一段由其干女儿演唱歌曲《粉刷匠》的温馨视频。他借助这段视频向社会公众发出诚挚呼吁，希望更多人能关注听障儿童这一特殊群体，并携手为他们的康复与成长贡献一份力量。时隔一年，在二零一六年于北京举行的“一米阳光”专项基金启动仪式上，刘天佐首次以活动主持人的身份亮相。现场他充分发挥了自己善于沟通、乐于表达的特点，以亲切而生动的话语积极介绍公益项目，并不遗余力地动员广大网友主动了解公益、参与公益，用自己的实际行动传递爱心与温暖。
二零一五年十二月九日，演员刘天佐所属的工作团队通过其官方社交账号发布了一篇内容详尽的长篇微博，该博文所使用的标题正是《关于刘天佐参与湖北卫视真人秀节目的劳动报酬问题》。在这篇公开声明中，团队明确指出，刘天佐此前在参与湖北卫视旗下真人秀节目《一起出发》的录制工作时，其应得的劳动报酬遭到了单方面的扣减，这一情况引发了外界的关注。不过，针对刘天佐团队所提出的指控，湖北卫视方面随后也迅速作出了正式回应，他们在声明中强调，对方所描述的事件经过与实际情况存在出入，并表示节目方在薪酬支付上始终遵循合约规定，双方的说法在此事上呈现出不同的立场。
从早年《我的团长我的团》中令人印象深刻的克虏伯，到《蚁族的奋斗》里生动鲜活的冯大宝，刘天佐所塑造的每一个角色都展现出极为鲜明的个性特征与独特的艺术魅力。在《士兵突击》、《生死线》以及《裸婚时代》等多部剧集中，刘天佐始终凭借其绝不雷同且不落俗套的精湛演技，成功征服了广大观众，赢得了业内外的一致认可。尤其是他在《裸婚时代》中所饰演的冬瓜一角，以其真实质朴、充满生活气息的演绎，让刘天佐的人气与知名度获得了显著提升。相较于《士兵》和《团长》中的表现，刘天佐在《生死线》中的戏份可谓大幅增加，所扮演的角色也显得更为关键与重要。他在剧中真诚自然、不着痕迹的表演，常常使观众完全沉浸于剧情之中，几乎忘记了他作为演员刘天佐的身份，而是实实在在地将他视为了故事里那个有血有肉的“六品”本人。