Çocukluğu yoğun bir kültür ortamında geçti. Yetiştiği konak, divan edebiyatının son şairlerinin sık sık bir araya geldikleri bir toplantı yeri gibiydi. İlk şiirlerini amcası Sezai Bey'in Paris'te çıkardığı Şura-yı Ummet gazetesinde yayımladı.
II. Abdülhamid’in iradesiyle parasız yatılı olarak Mekteb-i Sultani'de (Galatasaray Lisesi) öğrenim gören Hamdullah Suphi Tanrıöver, 1904’te mezun oldu ve meslek olarak öğretmenliği seçti. Ayasofya Rüşdiyesi'nde hitabet ve Fransızca, Darülmuallimin'de edebiyat, Darülfünun'da Türk-İslam sanatı dersleri verdi. 1909 yılında Fecr-i Ati topluluğuna katıldı. 1911'de bu topluluktan ayrılarak Ziya Gökalp önderliğindeki Genç Kalemler çevresinde gelişen Milli Edebiyat akımına bağlandı.
1912'de milliyetçilik akımının İstanbul'daki merkezi olan Türk Ocağı'na girdi ve başkan oldu. Aralıklarla toplam 34 yıl bu kurumda başkanlık yaptı (1912-1931, 1949-1959, 1961-1966).
İstanbul'daki işgalci güçlere karşı düzenlenen açık hava toplantılarında hitabetin etkili örnekleri olarak gösterilen konuşmalar yaptı ve güçlü bir hatip olarak tanındı. Son Osmanlı Meclis-i Mebusanı (1920) Antalya üyesi olarak seçildi; mecliste Misak-ı Milli lehine konuşmalar yaptı.
Meclis-i Mebusan’ın işgal güçleri tarafından kapatılmasından sonra milli mücadeleye katılmak için Ankara’ya gitti. TBMM ilk döneminde meclise milletvekili olarak katıldı. İlk kabinede milli eğitim bakanı olarak görevlendirildi, bu görevde bir yıl kaldı. Bakanlığı sırasında ulusal marş için güfte yarışması açıldı. Mehmet Akif Ersoy'un yarışmaya katılması için çaba harcayan ve İstiklal Marşı’nı etkili sesi ile meclis kürsüsünde okuyan Hamdullah Suphi'dir.
Hamdullah Suphi Tanrıöver, 1. ve 2. TBMM’de İstanbul milletvekili olarak TBMM'de yer aldı. 1925 yıllında ikinci kez Milli Eğitim Bakanı oldu. 4 Mart-19 Aralık 1925 tarihleri arasında Milli Eğitim Bakanlığı’nı yürüttü.
Bir yandan da Türk Ocakları Başkanlığını sürdüren Hamdullah Suphi Bey, derneğin merkezini İstanbul’dan Ankara’ya taşıdı. Yeni devletin kültürel yönden teşkilatlanmasında ve Türkiye kültürünün yayılmasında Türk Ocakları’nın büyük rolü oldu. 1931 yılında şube sayısı 278, üye sayısı 32 bine ulaştı. Siyasal bir güç niteliği kazanmaya başlayan kurum, Cumhurbaşkanı Mustafa Kemal’in 25 Mart 1931 tarihli gazetelerde yayımlanan talimatı üzerine 10 Nisan’da kendisini feshetti. Türk Ocakları’nın kapanmasının ardından 1931'de Bükreş Büyükelçiliği'ne atandı. 13 yıl sürdürdüğü Bükreş büyükelçiliği sırasında Bükreş’te büyük bir Türk mezarlığı yapılmasını ve Gagauz kasaba ve köylerinde Türkçe eğitim yapan okullar açılmasını sağladı. 1944’te büyükelçilikten emekliye ayrıldı ve siyasete geri döndü.
Hamdullah Suphi Tanrıöver, 1945’te İçel ve 1946'da İstanbul milletvekili olarak yeniden Meclis'e girdi. 10 Mayıs 1949’da İstanbul’da yeniden açılan Türk Ocakları’nın başkanı oldu.
Hamdullah Suphi Tanrıöver, 1950 seçimlerinde Demokrat Parti (DP) listesinden bağımsız Manisa milletvekili, 1954'te yine DP'den İstanbul milletvekili seçildi. 1957'de Hürriyet Partisi adayı olarak katıldığı seçimleri kaybetti.
Kültür ve siyaset hayatının renkli simalarından ve coşkulu hatiplerinden biri olan Hamdullah Suphi Tanrıöver'in konuşmalarından 'Dağ Yolu' (1928-1931), yazıları da 'Günebakan' (1929) isimli kitaplarda toplanmıştır.
Türk Ocakları Merkez Heyeti'nin başkanlığını yürütmeye devam etmekte olan Hamdullah Suphi Bey, 10 Haziran 1966 tarihinde vefat etti. Edirnekapı Merkezefendi Mezarlığı’na defnedildi.