Ty Burrell est sorti diplômé de l'Université de l'Oregon du Sud en 1993 avec un Baccalauréat en art théâtral. Il continue ses études dans l'Université d'Etat de Pennsylvanie, d'où il ressort avec un Master of Fine Arts.
Ses premiers pas au cinéma comptent des apparitions dans des films comme La chute du faucon noir de Ridley Scott ou bien encore Évolution d'Ivan Reitman. En 2004 Zack Snyder lui offre un rôle plus conséquent dans son armée des morts. Durant cette même période, Ty Burrell fréquente les planches, à Broadway en particulier, et s'essaie à l'écriture. Il fait aussi quelques apparitions à la télévision, comme dans New York, unité spéciale.
En 2006, il tient l'un des premiers rôles de la série Our of practice, mais celui-ci est annulé en 2007. Toujours en 2006, il tient un rôle notable dans Fur, aux côtés de Nicole Kidman et Robert Downey Jr..
Suivent des rôles dans Benjamin Gates et le livre des secrets, l'Incroyable Hulk, puis dans la série Back to You (elle aussi annulée au bout d'une saison).
Depuis 2009 il est au casting de la série Modern Family. Cette série lui offrira une nomination aux Emmy Awards, catégorie meilleur second rôle masculin dans une comédie, deux aux Screen Actors Guild Awards, et une récompense dans cette même Screen Actors Guild Awards, catégorie meilleur ensemble.