1982 senesinde elektronik mühendisi baba ve banka memuru annenin tek çocuğu olarak İstanbul'da dünyaya gelen Tuba Büyüküstün, Mimar Sinan Üniversitesi, Sahne Dekorları ve Kostüm Tasarımı bölümü mezunudur. Üniversiteye kayıt olduğu gün okuldaki bir katalog çekimine katıldı. Katalogdaki fotoğrafını bir saat firmasının beğenmesi sonrası ilk kez bir reklam filminde rol aldı.
Reklam filmlerinin ardından kendisine "Çemberimde Gül Oya" dizisi için teklif yapıldı ve bu diziyle birlikte 2004 senesinde oyunculuk kariyerine başladı. Daha sonra 2007 senesinde kariyerinde çok önemli bir yükselişe geçtiği "Asi" dizisinde başrol oyuncusu olarak yer aldı. Bu dizideki performansıyla Türkiye'de bir anda adından söz ettirmeye başladı. Ardından 2010'da "Gönülçelen", 2014'te "Karapara Aşk" ve 2016 yılında "Cesur ve Güzel" gibi öne çıkan dizilerde karakterlere hayat verdi.
Bir röportajında, ilk kez 14 yaşında 3 yıl süren düzenli flört yaşadığını, öğrencilik yıllarında dedikodu yapmayı sevmediği için uzun bir süre hiç kız arkadaşı olmadığını, ilk öpüşme sahnesinde çok gerildiğini ve babasının bu sahnelerde ekrana bakmadığını ve annesinin içeceğine ilaç katılmasından hala korktuğunu söylemiştir.
2011 yılında kendisi gibi oyuncu olan Onur Saylak ile dünya evine girmiş 2017 senesinde ise boşanmıştır. Bu evliliğinden "Maya" ve "Toprak" isminde 2 kız çocuğu dünyaya gelmiştir. 2017 senesinde işletmeci "Umut Evirgen" ile sevgili olduklarına dair haberler basında yer almıştır.
Tuba Büyüküstün Nereli?
Karşısındaki insana karşı her zaman mesafeli olduğunu ve sakinliği sevdiğini belirten Tuğba Büyüküstün aslen Erzurumlu'dur.
