Era nato a Padova, da insigne famiglia israelita, originaria di Rovigo, il 29 marzo 1873; è morto a Roma il 29 dicembre 1941.

Ingegno precocissimo, si laureò nel 1894 a Padova, ove ebbe a maestri, fra gli altri, G. Ricci Curbastro e G. Veronese. Dopo un periodo di perfezionamento a Bologna e un breve periodo d'insegnamento per incarico a Pavia e a Padova, già nel 1897, a soli 24 anni,  Levi-Civita diviene professore di Meccanica razionale all'Università di Padova, dove rimase sino al 1919, anno in cui fu chiamato all'Università di Roma, prima come ordinario di Analisi superiore e poi di Meccanica razionale. E a Roma Levi-Civita restò fino alle persecuzioni razziali del 1938 e alla morte, nonostante che, dopo il suo allontanamento dalla cattedra che aveva tanto onorato, se avesse voluto, avrebbe potuto ben facilmente trovare onorevole sistemazione all'estero.

Tullio Levi-Civita è stato uno dei maggiori matematici mondiali dell'ultimo secolo. "Matematico nato, nel pieno senso della parola, egli passava senza sforzo dall'uno all'altro di campi svariati – dalla meccanica analitica all'elettromagnetismo, dalla meccanica celeste alla teoria del calore, dall'idromeccanica all'elasticità – e ovunque affrontava problemi precisi ed elevati, per lo più i problemi fondamentali caratteristici dei singoli indirizzi considerati" (U. Amaldi). Fra i contributi più importanti da lui apportati alle svariate teorie di cui si occupò, e principalmente alla Meccanica e alla Relatività, si annoverano quelli sulla stabilità del movimento, sulla regolarizzazione  del problema dei tre corpi, sui fondamenti della Relatività, sull'idrodinamica (teoria della scia, onde in canali profondi, getti liquidi, ecc.) sui potenziali dipendenti da due sole coordinate, ecc. Oggi il suo nome è, forse, più di tutto ricordato in connessione con il "parallelismo di Levi-Civita" che, da lui escogitato soprattutto per pervenire ad una definizione non algoritmica della curvatura riemanniana di una varietà, ha dato origine a tutta una fioritura di nuovi studi di geometria differenziale.

Se  Levi-Civita non fosse stato un grande scienziato, sarebbero bastate le sue qualità umane a farlo ricordare durevolmente.

Lasciò un paio di centinaia di pubblicazioni, fra cui alcuni trattati e, in particolare, un classico trattato di Meccanica Razionale (in 3 voll.) in collaborazione con Ugo Amaldi.

Fu socio dell'Accademia. dei Lincei e di quasi tutte le altre accademie italiane, di quella pontificia e di molte estere. Dottore honoris causa delle Università di Amsterdam, Harvard, Parigi, ecc., fu decorato della Medaglia Sylvester della Royal Society ecc.

Necrologio: Rend. Lincei, (8) 1 (1946), pp. 1130-1155 (U. Amaldi); Comptes Rendus Acad. Paris, 215 (1942), pp. 233-235 (E. Cartan); ecc. ecc. 

Opere: a cura dell'Accad. dei Lincei, 5 voll. (Bologna, Zanichelli, 1953-60).