Учился в 1-м начальном училище им. М.М.Стасюлевича. Окончил Алексеевскую Торговую школу Санкт-Петербургского Купеческого Общества (1911). Служил писцом в Главном морском хозяйственном управлении Петрограда.
В Первую мировую войну ушел добровольцем на фронт, воевал в гусарском полку (1915–1918), был контужен. Демобилизовавшись весной 1918, «был плотником, работал по всеобучу, играл актером» (Автобиография), но уже осенью 1918 вступил добровольцем в Красную Армию. Служил сначала в 1-й Советской роте им. К.Либкнехта, позднее в 1-м стрелковом полку им. М.И.Калинина. К этому времени относятся первые публикации (в журнале «Нива» увидели свет стихотворения, рассказ Чудо и повесть Старатели), хотя писать начал раньше, первое стихотворение сочинено в четырнадцать лет. После демобилизации из Красной Армии (1922) поселился в «Доме искусств», посещал занятия, которые вел Н.С.Гумилев. Был принят в литературное объединение «Серапионовы братья», был членом литературного содружества «Островитяне», в организации которого принимал самое деятельное участие.
Слава пришла к поэту после издания книг Орда. Стихи 1920–1921 и Брага. Вторая книга стихов. 1921–1922 (обе 1922), причем первая была издана при помощи другого «островитянина», С.Колбасьева, на собственные средства («2 пары белья и 2 седла»). Пронизанные пафосом созидания картины войны и строительства нового мира, точный, энергичный и суховатый стих (главная роль отдавалась сюжетным балладам), радость существования – все это сделало Тихонова одним из лидеров современной поэзии, его стилю подражали, его интонациями окрашены многие поэтические работы той поры. Поэт одним из первых обратился к ленинской теме, наиболее характерны поэмы Сами (1920) и Лицом к лицу (1924), причем тема была раскрыта отнюдь не прямолинейно: в первой из названных поэм вождь русской революции увиден глазами индийского мальчика, даже не ведающего, как правильно произносить имя знаменитого революционера, и потому ленинский образ приобретает мифологические черты защитника всех угнетенных.
Интерес представляет и проза Тихонова, например повесть Вамбери (1925), единственное на русском языке пространное описание жизни и трудов известного путешественника и востоковеда. Повесть От моря до моря (1926) уже самим названием, заимствованным у Р.Киплинга, назвавшего так книгу очерков о путешествии вокруг света, демонстрирует тихоновские привязанности и литературные предпочтения. Необычайно занимательны, полны удивительных подробностей рассказы Тихонова о животных, которые он писал всю жизнь, часть их вошла в сборник Военные кони (1927). Но основное внимание писатель уделял современности, преображающемуся миру, чему посвящены и поэтические произведения в сборнике Поиски героя. Стихи 1923–1926 (1927), и произведения прозаические, вошедшие в книгу рассказов Рискованный человек (1927). Изменениям, происходящим в Средней Азии, посвящен стихотворный цикл Юрга (1930), о Туркмении повествуется в книге очерков Кочевники (1930). Тихонов превосходно знает, о чем пишет: неутомимый путешественник, альпинист, он исходил и объехал весь Советский Союз, впоследствии много бывал за границей. Особые связи соединяли поэта с грузинскими литераторами, людям и природе Кавказа посвящен сборник Стихи о Кахетии (1935). Многие сотни поэтических строк, написанных поэтами Грузии, Тихонов перевел на русский язык (он переводил также стихи поэтов СССР и зарубежных авторов). В 1935 принимал участие в парижском Конгрессе в защиту прогресса и мира, отразив впечатления от поездки по Западной Европе в сборнике стихотворений Тень друга (1936).
Человек смелый и верный товариществу, Тихонов не боялся вступаться за репрессированных литераторов, ходатайствовал за Н.А.Заболоцкого, и сам фигурировал в деле о контрреволюционной группе ленинградских писателей. От ареста его спасла советско-финляндская война 1939–1940, когда Тихонов руководил работой писателей при газете «На страже Родины».
В период Великой Отечественной войны, во время ленинградской блокады, поэт находился в осажденном городе, работал как журналист, выступал по радио, возглавлял группу писателей при Политуправлении Ленинградского фронта. Произведения этого периода – поэма Киров с нами (1941), книга стихов Огненный год, Ленинградские рассказы, очерки Ленинград принимает бой (все 1942) – были горячо приняты читателями, получили высокую оценку.
В 1944, назначенный председателем правления Союза писателей СССР, Тихонов переезжает в Москву. Однако уже в 1946, после выхода постановления ЦК о журналах «Звезда» и «Ленинград», где ему также посвящено несколько очень резких строк, был снят с этого поста. В целом его жизнь складывалась вполне благополучно. Его книги регулярно издавались и переиздавались, среди них сборник стихов Грузинская весна (1948), сборник стихов Два потока (1951), сборник мемуарных новелл Двойная радуга (1964), сборник повестей и рассказов Шесть колонн (1968). Тихонов занимал высокие должности и руководящие посты: секретарь Союза писателей СССР (с 1944), депутат Верховного совета СССР (с 1946), председатель Советского комитета защиты мира (1949–1979), член Всемирного Совета Мира. За общественную деятельность был награжден многочисленными премиями, в том числе индийской премией Дж.Неру.
Необычайно талантливый литератор, став литературным чиновником, завсегдатаем президиумов, Тихонов со временем утратил себя как поэт – утонув в потоках пустословия и риторики, поблекли его стихи. Однако влияние его творчества на советскую литературу бесспорно. Один из самых начитанных русских писателей, владелец уникальной, погибшей в пожаре библиотеки, где были собраны изданные на нескольких языках книги по восточной мистике и философии, он был также непревзойденным устным рассказчиком. Писавшиеся незадолго до смерти стихотворения, объединенные в цикл Песни каждого дня, своего рода стихотворный дневник, отличаются простотой и естественностью интонации.