Après avoir suivi sa scolarité à Boston et à l'université de Hanovre, l'allemand Ulrich Tukur enrichit son cursus d'études d'Anglais et d'Histoire à l'université de Tübingen, tout en pratiquant en professionnel l'accordéon et le chant. Elève du Collège de Musique et d'Art dramatique de Stuttgart à partir de 1980, le jeune homme est remarqué par Michael Verhoeven qui l'engage en tant qu'acteur pour La Rose blanche en 1982. Enchaînant par la suite les tournages de téléfilms, et menant en parallèle une carrière sur les planches, principalement dans le répertoire shakespearien, le comédien apparaît dans plusieurs films allemands, parmi lesquels on peut retenir Die Schaukel (1983), du futur réalisateur de Bagdad Café, Percy Adlon, ou Ma mère courage (1995), qui marque ses retrouvailles avec Michael Verhoeven.

S'il participe au Taking sides, le cas Furtwängler d'Istvan Szabo, aux côtés d'Harvey Keitel, c'est toutefois le brûlot de Costa-Gavras, Amen (2002), adaptation du Vicaire de Rolf Hochhuth, qui lui permet de se faire connaître à l'étranger. L'acteur retrouve le réalisateur français pour un émouvant second rôle dans Le Couperet (2005), après avoir mis à profit sa nouvelle notoriété pour jouer sous la direction de Steven Soderbergh dans Solaris (2002). Entre deux téléfilms et ses rôles au théâtre, il apparait à plusieurs reprises dans la série Tatort, au point de recevoir un prix du meilleur acteur pour son interprétation d'un serial killer dans l'épisode Das Böse.

En 2006, son personnage de lieutenant-colonel Anton Grubitz, chef du département culture de la Stasi, dans La Vie des autres lui vaut la reconnaissance comme meilleur acteur dans un second rôle au Festival du film allemand. Séraphine lui apporte en 2008 un autre prix de meilleur acteur. Il y joue un collectionneur d'art, qui tombe sous le charme de la peinture de Yolande Moreau. L'année suivante, son interprétation de John Rabe, homme d'affaire allemand qui a sauvé 200 000 chinois des persécutions japonaises entre 1937 et 1938, lui vaut une récompense de meilleur acteur au festival du film allemand. La même année, il est témoin du génocide nazi de la deuxième guerre mondiale dans Vaterspiel (Oedipe, le jeu), de l'autrichien Michael Glawogger.

Tukur incarne ensuite l'autorité morale d'un village allemand dans Le Ruban blanc, Palme d'or à Cannes en 2009. Il apparait également aux côtés de Bruno Ganz dans Der große Kater, avant d'incarner l'administrateur Dwight Cochrane de Largo Winch 2 et de participer au Cochon de Gaza (2011), dans la peau d'un représentant des Nations Unies.