Nacque nella antica città di Tous, appartenente alla regione iranica nord-orientale del Razavi Khorasan, in una famiglia presumibilmente ismailita, nel febbraio del 1201. Perdette il padre in giovane età e intraprese con impegno e serietà l'attività di studente e studioso. Da giovane si trasferì a Neishabur per studiare filosofia sotto la guida di Farid Eddin Attār e matematica grazie agli insegnamenti di Muhammad Hasib.

Successivamente si recò nel Quhistan per inserirsi nella comunità ismailita come novizio.

Tusì fu coinvolto dall'invasione dei Mongoli e assistette al collasso del potere politico ismailita. In seguito a questo sconvolgimento politico, Tusì prestò il suo servizio al condottiero Hulagu Khan; questo periodo fu molto fertile e produttivo dato che Tusì scrisse approssimativamente centosessantacinque opere di argomenti vari, occupanti tutto lo scibile umano.

Tusi convinse il rozzo mongolo Hulegu Khan a costruire un osservatorio astronomico per migliorare le conoscenze in materia. Iniziato nel 1259, la Rasad Khaneh fu costruita ad ovest di Maragheh, la capitale dell'Ilkhanato mongolo persiano. Grazie alle sue osservazioni, Tusì, realizzò tabelle delle posizioni e dei movimenti planetari molto accurate e dette nome ad alcune stelle.

Il suo lavoro si può considerare uno dei più completi svolti fino al suo tempo e si dovette attendere almeno quello di Niccolò Copernico, per assistere ad un ulteriore balzo in avanti nei modelli astronomici. Il lavoro e le teorie che elaborò Tusì possono essere paragonate a quelle dell'astronomo cinese Shen Kuo vissuto nell'XI secolo.

Per i suoi modelli astronomici, inventò una tecnica geometrica che prese il suo nome, in grado di generare moti lineari dalla somma dei moti circolari; con questa tecnica fu capace di rimpiazzare le equazioni tolemaiche, di calcolare il valore della precessione degli equinozi; inoltre perfezionò la tecnica di calcolo delle declinazioni e contribuì alla costruzione di alcuni strumenti astronomici, tra i quali l'astrolabio.

Tusì fu anche il primo a presentare osservazioni empiriche evidenzianti la rotazione terrestre, usando come parametro di riferimento la posizione delle comete. Le argomentazioni addotte da Tusì furono simili a quelle usate da Niccolò Copernico nel 1543 per spiegare la rotazione della terra.

Tusi si occupò lungamente di biologia e fu uno dei pionieri di evoluzione biologica affrontata con un taglio scientifico.

La sua teoria dell'evoluzione si basò sulla convinzione che inizialmente l'universo fosse consistito di elementi piccoli ed eguali, definibili come particelle elementari. In una seconda fase, sostanze piccolissime iniziarono a svilupparsi rapidamente e a differenziarsi le une con le altre.

Con questo modello sull'evoluzione, Tusi, arrivò a spiegare come gli elementi si trasformino in minerali, in piante, in animali e infine in esseri umani.

Tusi riuscì a dissertare come la variabilità ereditaria sia stata un fattore importante per l'evoluzione biologica delle cose viventi.

In seguito Tusi discusse sulla capacità di adattamento degli organismi all'ambiente; e per ultimo come gli umani si siano evoluti e distinti dagli animali.

Il suo contributo alla scienza umana e’ stato tale che a lui sono dedicati il cratere Nasireddin sulla Luna, di un diametro di 60 km che si trova sull’emisfero sud del satellite naturale terreste.

Si chiama asteroide 10269 Tusi anche un asteroide scoperto nel 1979 dall’astronomo sovietico Nikolai Stepanovich Chernykh.

Oggi a Teheran vi e’ anche la Khaje Nasireddin Tusì University of Technology, uno degli atenei dove si studia ingegneria.

Nel febbraio 2013, Google ha celebrato il suo 812esimo anniversario di nascita con uno speciale doodle, che era accessibile sui siti che usavano la calligrafia araba e lo definiva Nasireddin Tusì al Farsi (il persiano).

Ad ogni modo, ancora oggi, Nasireddin e’ vivo, grazie alla sua eroica opera che diffuse la scienza nella Persia del 13esimo secolo nonostante la cupa e devastante invasione mongola.