თეიმურაზ იოსელიანი დაიბადა 1929 წლის 21 ოტომბერს ქ. ქუთაისში. 1955 წელს დაამთავრა თბილისის სახელმწიფო უნივერსიტეტის ბიოლოგიის ფაკულტეტი. 1958-1961 წლებში იყო ი.ბერიტაშვილის ფიზიოლოგიის ინსტიტუტის უმცროსი მეცნიერ თანამშრომელი, 1961-197 წლებში უფროსი მეცნიერ თანამშრომელი და 1976-1983 წლებში ამავე ინსტიტუტის ნერვული ცენტრების ფუნქციური ორგანიზაციის ლაბორატორიის გამგე; 1960-1970 წლებში თბილისის სახელმწიფო უნივერსიტეტის ადამიანთა და ცხოველთა ფიზიოლოგიის კათედრის დოცენტი, 1978-2006 წლებში კათედრის გამგე და 1970 წლიდან ამავე უნივერსიტეტის პროფესორი და სოროსის ფონდის პროფესორი. 1974 წელს კითხულობდა ლექციების კურსს იენის (გერმანია), 1980 წელს ლუელის (აშშ) და 1985 წელს ჰომბურგ–საარის (გერმანია) უნივერსიტეტებში.1959 წელს დაიცვა საკანდიდატო დისერტაცია თემაზე: „ჟელატინოზური სუბსტანციის როლი ზურგის ტვინის რეფლექსურ მოქმედებაში“, ხოლო 1968 წელს დაიცვა სადოქტორო დისერტაცია თემაზე „ზურგის ტვინის ინტეგრაციული ნერვული მოქმედების მექანიზმები“.

არის ასოცდაათზე მეტი ნაშრომის და მათ შორის მონოგრაფიის — „ზურგის ტვინის ინტეგრაციული მოქმედებების ნერვული მექანიზმები“ და სახელმძღვანელოების: „კუნთოვანი და ნერვული სისტემების ზოგადი ფიზიოლოგია“, „ზოგადი ნეიროფიზიოლოგია“, „ფიზიოლოგია, ვისცერალური სისტემები“ ავტორი. 

იყო მრავალრიცხოვანი ორგანიზაციების და ასოციაციების წევრი:

•    ეკოლოგიურ მეცნიერებათა აკადემია, ნამდვილი წევრი (1995)

•    თავის ტვინის შემსწავლელი საერთაშორისო ორგანიზაცია, წევრი (1974)

•    მედიცინის მეცნიერებათა აკადემია, ნამდვილი წევრი (1994)

•    ნიუ–იორკის აკადემია, ნამდვილი წევრი (1995)

•    საბუნებისმეტყველო მეცნიერებათა აკადემია, პრეზიდენტი (1994)

•    საქართველოს მეცნიერებათა აკადემია , აკადემიკოსი (1983)

•    ი.ბერიტაშვილის ფიზიოლოგიის ინსტიტუტთან არსებული სამეცნიერო ხარისხების მიმნიჭებელი სპეციალური საბჭო, თავმჯდომარე (1976-1979).

აქვს მიღებული საქართველოს სახელმწიფო პრემია (2002), ღირსების ორდენი (1998), ორიათასწლეულის საპატიო ოქროს მედალი (2010), 2003 წელს იგი არჩეულ იქნა ქუთაისის საპატიო მოქალაქედ.

თეიმურაზ იოსელიანი გარდაიცვალა 2013 წლის 17 ივლისს ქ.თბილისში.