Né au Canada, Taylor Kitsch se destine d’abord à une carrière de hockeyeur professionnel, mais une sérieuse blessure au genou vient mettre un terme à ses ambitions sportives. Après avoir intégré en 2002 une agence de mannequin, et obtenu, en parallèle, un diplôme de nutritionniste et de coach sportif, il s’essaie finalement à la comédie grâce à des apparitions dans les séries Godiva’s et Kyle XY. En 2006, le beau gosse intègre, aux côtés notamment de Kyle Chandler et Connie Britton, le casting du drama Friday Night Lights dans le rôle du footballeur Tim Riggins, qui lui apporte alors une première reconnaissance publique, ainsi que des propositions au cinéma.

Entre deux saisons, Kitsch s’illustre donc sur grand écran dans des rôles secondaires (Des serpents dans l'avion, Le Pacte du sang, John Tucker doit mourir), avant de partager avec Hugh Jackman l'affiche de X-Men Origins: Wolverine, dans lequel il joue en 2009 le mutant Rémy Lebeau, alias Gambit, bien connu des amateurs de l’univers Marvel. Une fois le ballon de Tim Riggins définitivement rangé au vestiaire, l’acteur canadien accède en 2012 à une plus grande notoriété grâce à deux grosses productions hollywoodiennes dont il est la star. Il est d’abord le héros éponyme de John Carter, qui voit son personnage, soldat durant la Guerre de Sécession, être projeté sur Mars, en plein milieu d’un conflit entre factions extraterrestres. Taylor Kitsch revient ensuite sur Terre - ou plutôt en mer - pour Battleship, un autre film de science-fiction, dans lequel une flotte alien s’en prend à des navires de guerre.

Le comédien, également vu dans Savages d’Oliver Stone, confirme en 2014 son attrait pour les rôles de militaires lorsqu’il collabore à nouveau avec le réalisateur Peter Berg, déjà aux commandes de Friday Night Lights et Battleship, pour Du sang et des larmes, où il prête ses traits au lieutenant Mike Murphy, membre des SEAL plongé en plein horreur de la guerre en Afghanistan. N’ayant pas pour autant tiré un trait sur sa carrière télévisuelle, il donne ensuite la réplique à Mark Ruffalo dans The Normal Heart, le prestigieux téléfilm réalisé par Ryan Murphy, centré sur la montée de l’épidémie du SIDA au sein de la communauté gay au début des années 1980 à New York.

En 2015, Taylor Kitsch est choisi par le scénariste Nic Pizzolatto pour faire partie de la distribution de la très attendue deuxième saison de True Detective, la série policière anthologique de HBO. Aux côtés de Colin Farrell et Rachel McAdams, il interprète l’officier Paul Woodrugh, qui se retrouve entraîné dans une enquête menée conjointement par plusieurs services de police après avoir fait la découverte du corps d’un politicien corrompu.