Né à Lindenfels, Timo a commencé sa carrière comme bon nombre de ses collègues par le karting dès l'âge de 15 ans. Après deux années sur les petites monoplaces, il passe aux BMW dès l'an 2000 disputant le championnat de Formule BMW-ADAC Junior. Après une première saison prometteuse, il dispute le championnat de catégorie supérieure avec le Team Mamerow, et décroche la consécration à la fin de l'année. 2002 le verra apparaître dans le championnat allemand de Formule 3, où comme en BMW, il réalise des débuts très satisfaisants et prometteurs, il s'impose à trois reprises sur les pistes outre-Rhin et termine 3ème du championnat. L'année suivante il participe au championnat EuroSeries, remporte de nouveau trois victoires en course et termine également sur le podium en fin de saison.
En 2004, Timo a déjà un pied en F1, il signe chez Jordan-Cosworth un contrat de troisième pilote. Le pilote allemand va travailler sur la EJ14 tout au long de l'année, jusqu'à ce que le second pilote de l'équipe Giorgio Pantano soit mis provisoirement à pied par Jordan à la suite de mésententes entre lui et ses patrons. Timo dispute ainsi le GP du Canada et termine 11ème, mais profitant de la disqualifications des Williams et des Toyota pour des freins non conformes, remonte à la 7ème place, et dès sa première course, marque ainsi 2 points ! Il retrouve ensuite son poste de n°3, jusqu'au GP de Chine, lorsqu'il prend définitivement la place de Pantano pour les trois dernières manches de la saison. Avec une piètre monoplace, il termine 15ème à chaque Grand Prix auquel il prend part. Glock quitte l'équipe et la F1 par la même occasion en fin d'année.
C'est aux Etats-Unis que nous le retrouvons, il dispute le championnat ChampCar avec l'équipe Rocketsports Racing. Il termine régulièrement parmi les 10 premiers, sa meilleure performance sera une seconde place à Montréal. Il termine 8ème au championnat, et décroche le titre honorifique de rookie de l'année.
En 2006, Glock, qui souhaite toujours faire carrière en F1, revient en Europe et s'engage dans les GP2 Series, le meilleur palier pour accéder à la F1. Il court en début de saison chez BCN, sans grand succès. A la mi-saison, il rejoint l'équipe iSport, plus performante, et décroche deux victoires à Magny-Cours et Hockenheim.
En 2007, Glock retrouve un emploi en F1 en devenant second pilote d'essais de BMW, en fait n°4 derrière Heidfeld, Kubica et Vettel. Il court toujours pour iSport en GP2 et s'impose très vite comme l'un des favoris à la course au titre. Il décroche en tout cinq victoires à Barcelone, au Nürburgring, à Istanbul, à Monza et enfin à Valence, ce qui lui permet de décrocher à 25 ans le titre dans cette catégorie avec onze points d'avance sur Lucas Di Grassi.
Après ce succès, Timo Glock revient en grâce auprès des écuries de Formule 1. Il signe un contrat de deuxième pilote chez Toyota pour 2008 et a ainsi l'occasion de disputer sa première saison complète dans la catégorie reine, quatre ans après ses débuts.
Son début de championnat est difficile puisqu'il commence par un violent accident et un accrochage en Australie et en Malaisie, suivis de résultats assez médiocres. Après six courses, il n'a ainsi pas le moindre point au compteur alors que son équipier Trulli en a neuf. C'est au Canada qu'il émerge enfin avec une quatrième place obtenue grâce à une astucieuse stratégie à un arrêt. Après deux nouvelles courses difficiles en France et en Grande-Bretagne, Timo subit un gros coup dur à Hockenheim. Au 35ème tour, la suspension de sa roue arrière gauche se brise, ce qui expédie violemment la Toyota dans le mur bordant les stands. L'Allemand s'en tire sonné mais indemne.
Deux semaines plus tard en Hongrie, la TF108 se montre très performante. Cinquième sur la grille, Timo profite des déboires des hommes de tête pour amener sa machine à la deuxième place, son meilleur résultat de la saison. Après ce premier podium, il continue sur sa lancée et rentre régulièrement dans les points, finissant notamment quatrième à Singapour. Lors du dernier tour de la dernière course au Brésil, il entre involontairement dans l'Histoire en offrant le titre à Lewis Hamilton. Resté en pneus secs alors que la pluie refait son apparition, Timo occupe la quatrième place devant Vettel et Hamilton, dépossédé à cet instant du titre au profit de Massa. Mais dans l'avant-dernier virage, Glock part en travers et se fait ainsi passer par le Britannique qui gagne le championnat pour un petit point. Le jeune Allemand doit quitter le circuit en catimini pour échapper à la fureur des supporters brésiliens...
Il termine cette première saison complète à la dixième place avec 25 points au compteur. Ces bonnes performances lui permettent de conserver facilement son volant pour 2009.
Le championnat 2009 commence bien pour Glock. La Toyota TF109 se montre en effet très compétitive en début de saison, ce qui permet à l'Allemand de briller avec une quatrième place en Australie, puis une troisième position sous la pluie en Malaisie, après une luette avec Heidfeld. A Bahreïn, Glock est second sur la grille derrière son équipier Trulli. L'Allemand part mieux que l'Italien et mène le début de la course, mais sa machine baisse ensuite de régime et il ne finit que septième.
Cette course illustre bien sa saison. Après de bons débuts, la Toyota va en effet perdre beaucoup de sa vélocité, au point d'entraîner parfois ses pilotes dans les abîmes, comme à Monaco où Glock est avant-dernier sur la grille devant Trulli ! Timo marque donc ensuite rarement des points, mais parvient à faire jeu égal avec un pâle Trulli. Toutefois la direction de Toyota lui fait comprendre qu'elle ne souhaite pas le conserver pour 2010. Pourtant, Glock montre à Singapour qu'il peut encore tirer quelque chose de sa machine en décrochant à la régulière une splendide deuxième place.
Deux semaines plus tard à Suzuka, il est malade et ne peut participer aux essais du vendredi. Il décide pourtant de remonter dans sa voiture le samedi. Mal lui en prend : dans le dernier virage, il est victime d'une grosse sortie de piste. Blessé au dos et au genou, il doit déclarer forfait pour la course. Toyota se sert alors de cette blessure comme prétexte pour remplacer l'Allemand par le jeune Kamui Kobayashi jusqu'à la fin de la saison. Ainsi s'achève l'aventure de Glock avec Toyota. Il finit l'année 2009 à nouveau au dixième rang, avec 24 points.
Pour la saison 2010, Glock a un temps été annoncé chez Renault. Finalement, il décide de rejoindre une des nouvelles petites écuries, Manor-Cosworth, bientôt rebaptisée Virgin Racing. Son équipier est le débutant brésilien Lucas di Grassi.
Cette saison est des plus délicates. Au volant d'une VR-01 mal conçue et très fragile, Glock va passer son année à essuyer des plâtres. Il se retrouve pendant toute la saison en fond de grille à se battre contre les autres nouvelles machines, les Lotus et les HRT, priant à chaque fois pour que sa mule tienne le coup jusqu'à l'arrivée. Il doit ainsi attendre le cinquième Grand Prix en Espagne pour voir le drapeau à damiers ! Si sur le plan des performances la Virgin ne progresse pas, la fiabilité s'améliore avec le temps et Timo peut même terminer pendant l'été six courses consécutives. Son année ne pouvant être appréciée sur un plan comptable, puisqu'évidemment il ne peut pas marquer de point, on peut souligner qu'il se bat régulièrement avec les Lotus, légèrement plus véloces que la Virgin. De plus il domine sans difficulté di Grassi. Mais tout ceci se déroule dans l'anonymat le plus total.
A la mi-saison, l'Allemand a compris dans quelle galère il s'était fourré. Il tente alors de se placer sur le marché des transferts et fait de nouveau les yeux doux à Renault. Mais l'équipe française ne veut pas de lui, et c'est avec un enthousiasme peu visible qu'il rempile pour 2011 avec Virgin.
Si la nouvelle MVR-01 est plus fiable que la précédente Virgin, elle n'est pas plus performante et Glock va connaître un nouveau calvaire. Toujours relégué en fond de grille, il mène la plupart du temps des courses anonymes, loin des Lotus qui le précèdent. Son nouvel équipier, le Belge Jérôme d'Ambrosio, est plus redoutable que di Grassi et le malmène assez sérieusement en qualifications. Néanmoins Timo reste le patron incontesté de l'écurie bien qu'il ne cache pas une certaine exaspération. Il ne fera pas mieux que quinzième en course cette année-là (au GP d'Italie) et subit quelques incidents stupides, comme cette roue qui s'envole après son arrêt au stand à Interlagos.
Le marché des transferts ne lui offrant aucun échappatoire sérieux, Glock décide de lier son sort à celui de son équipe jusqu'en 2014. En 2012, celle-ci change de nom pour devenir Marussia, du nom du petit constructeur russe possédant 40% des parts de l'écurie. Son nouvel équipier sera le jeune Français Charles Pic.