Né à Kelowna au Canada, Taylor Kitsch a deux grands frères et deux petites sœurs. Taylor était en fait pendant longtemps destiné à une carrière de hockeyeur professionnel, jusqu'à ce qu'une grave blessure au genou ne l'empêche de réaliser ce rêve. Il profita ensuite de son physique pour, en 2002, intégrer l'agence de mannequin IMG et prêter son image à des marques comme Diesel et Abercrombie & Fitch. Taylor apparaît également dans le livre de table à café en édition limitée du célèbre photographe John Russo. Il obtint en parallèle un diplôme de nutritionniste et de coach sportif.
Sa carrière de comédien fut lancée sur le petit écran puisqu'il débuta avec des apparitions dans des séries comme Godiva's ou Kyle XY, avant d'être révélé aux yeux du grand public pour son interprétation du jeune footballeur Tim Riggins dans la série Friday Night Lights. Son rôle occupe une place des plus importantes dans la série, grâce à laquelle il reçut plusieurs distinctions lors de cérémonies de récompenses, telle que les Teen Choice Awards (deux nominations en tant que meilleure révélation et acteur le plus sexy). De ce fait, Taylor fait l'objet de plus en plus de propositions par le grand écran, et ne sera plus régulier au sein de la cinquième saison de Friday Night Lights.
Le cinéma intervint dans sa carrière en 2006, avec son premier rôle d'importance aux côtés de Samuel L. Jackson dans Des serpents dans l'avion. Il enchaîne ensuite avec Le Pacte du sang et John Tucker Doit Mourir, avant de recevoir la proposition du réalisateur Gavin Hood du rôle -très convoité- de Gambit dans X-Men Origins: Wolverine aux côtés cette fois de Hugh Jackman. Taylor fait forte impression et engrange beaucoup d'expérience sur le tournage. Il choisit notamment de tourner lui-même -sans doublure- le plus de scènes d'actions possibles, et apprit donc à utiliser les cartes et le fameux bâton du super-héros qu'il incarne. Il déclara d'ailleurs au sujet du personnage qu'il interprète : « Je connaissais le personnage, mais je ne savais rien de son histoire. Je savais que cela se verrait et donc que j'avais du travail. J'adore le personnage, j'adore ses pouvoirs, et j'apprécie ce qu'ils (l'équipe du film) ont fait avec lui. Je ne connaissais pas vraiment ce genre de film, mais avec du recul, ça a été une bénédiction d'y aller et de créer ma propre interprétation du personnage. En bref, je suis vraiment excité par tout ça! »
Taylor a signé en 2009 pour The Bang Bang Club, réalisé par Steven Silver, dans lequel il joue le rôle d'un photographe de guerre pendant les derniers jours de l'apartheid en Afrique du Sud. Il a ensuite terminé le tournage de John Carter, un long-métrage d'heroic fantasy pour Walt Disney Pictures réalisé par Andrew Stanton (WALL-E), où il retrouve l'actrice Lynn Collins, avec qui il tourne dans X-Men Origins: Wolverine.
En 2012, Kitsch donne la réplique à Liam Neeson dans Battleship, l'adaptation cinématographique du jeu de la compagnie Hasbro, par Peter Berg. Il joue le rôle d'un commandant naval décrit comme un être « fougueux à l'extrême » et un « grand marin mais un piètre politicien ». La même année, il tourne sous la direction d'Oliver Stone dans Savages prévu pour juillet 2012, dans lequel il interprète un jeune dealer de marijuana devant secourir sa petite amie enlevée par un cartel mexicain. Il a l'occasion pour ce film de côtoyer de grands acteurs : Benicio Del Toro, Salma Hayek, John Travolta, Uma Thurman, Emile Hirsch.