泰不华自幼家贫，然而好读书。由官至集贤待制的周仁荣抚养而教育他。在年纪17岁时，他参加江浙乡试得第一，而后终于登进士第。泰不华中状元后，授集贤修撰。元英宗至治元年，泰不华为中台监察御史。官至翰林侍讲学士。
泰定元年（1324），泰不华历任秘书监著作郎，奎章阁典签，南台御史，拜为江南行台监察御史。时御史大夫脱颧，仗势欺人、贪婪暴戾。泰不华上疏弹劾，脱颧被罢官。天历、至顺年间，元文宗皇帝建奎章阁学士院，泰不华擢升为典签，改中台监察御史。
元统元年，元惠宗即位，加文宗皇后封太皇太后之号，大臣燕铁木儿伯颜皆裂地封王。泰不华率领朝中同列上疏诤言：“婶母不宜加徽称，相臣不当受王土。”太后发怒，要杀倡言此事的人，泰不华面对在朝众官说：“此事由我发之，不敢索累诸公。”太后怒气消解后，感叹说道：“朝中有这样风气正、守成法的大臣，如泰不华这样，岂能有不信守祖宗行文立法呢。”赏赐他金币，以表彰泰不华的正直敢言。元顺帝即位，泰不华擢升秘书监，改任礼部侍郎。
至正元年（1341），泰不华升任绍兴路总管。任职期间，浙西发大水，他建议中书省，免去租税。在任上，他革除吏治弊端，施行均赋役、讲礼教、兴仁让，使越地民俗大为开化。而后，泰不华应召入史馆，修辽、金、宋三史。书成后，授泰不华秘书卿，改任礼部尚书兼会同馆事。
顺帝即位，加文宗后太皇太后之号，大臣燕铁木儿、伯颜皆列地封王。泰不华率同列上章言：“婶母不宜加徽称，相臣不当受王土。”太后怒，欲杀言者。泰不华语众曰：“此事自我发之，甘受诛戮，决不敢累诸公也。”已而太后怒解曰：“风宪有臣如此，岂不能守祖宗之法乎？”赐金币二，以旌其直。出佥河南廉访司事，俄移淮西。继迁江南行御史台经历，辞不赴，转江浙行省左右司郎中。浙西大水害稼，会泰不华入朝，力言于中书，免其租。擢秘书监，改礼部侍郎。至正元年，除绍兴路总管。革吏弊，除没官牛租，令民自实田以均赋役。行乡饮酒礼，教民兴让，越俗大化。召入史馆，与修辽、宋、金三史，书成，授秘书卿。升礼部尚书，兼会同馆事。黄河决，奉诏以珪玉白马致祭河神。竣事上言：“淮安以东，河入海处，宜仿宋置撩清夫，用辊江龙铁扫，撼荡沙泥，随潮入海。”朝廷从其言，会用夫屯田，其事中废。
八年，台州黄岩民方国珍为蔡乱头、王伏之仇逼，遂入海为乱，劫掠漕运粮，执海道千户德流于实。事闻，诏江浙参政朵儿只班总舟师捕之。追至福州五虎门，国珍知事危，焚舟将遁，官军自相惊溃，朵儿只班遂被执。国珍迫其上招降之状，朝廷从之，国珍兄弟皆授之以官，国珍不肯赴，势益暴横。九年，诏泰不华察实以闻，既得其状，遂上招捕之策，不听。寻除江东廉访使，改翰林侍读学士、知制诰同修国史。已而出为都水庸田使。十年十二月，国珍复入海，烧掠沿海州郡。十一年二月，诏孛罗帖木儿为江浙行省左丞，总兵至庆元。以泰不华谂知贼情状，迁浙东道宣慰使都元帅，分兵于温州，使夹攻之。未几，国珍寇温，泰不华纵火筏焚之，一夕遁去。既而孛罗帖木儿密与泰不华约以六月乙未合兵进讨。孛罗帖木儿乃以壬辰先期至大闾洋，国珍夜率劲卒纵火鼓噪，官军不战皆溃，赴水死者过半。孛罗帖木儿被执，反为国珍饰辞上闻。泰不华闻之痛愤，辍食数日。朝廷弗之知，复遣大司农达识帖木迩等至黄岩招之。国珍兄弟皆登岸罗拜，退止民间小楼。是夕，中秋月明，泰不华欲命壮士袭杀之，达识帖木迩适夜过泰不华，密以事白之，达识帖木迩曰：“我受诏招降耳，公欲擅命耶？”事乃止。檄泰不华亲至海滨，散其徒众，拘其海舟兵器，国珍兄弟复授官有差。既而迁泰不华台州路达鲁花赤。
十二年，朝廷征徐州，命江浙省臣募舟师守大江，国珍怀疑，复入海以叛。泰不华自分以死报国，发兵扼黄岩之澄江，而遣义士王大用抵国珍，示约信，使之来归。国珍益疑，拘大用不遣，以小舸二百突海门，入州港，犯马鞍诸山。泰不华语众曰：“吾以书生登显要，诚虑负所学。今守海隅，贼甫招徕，又复为变，君辈助我击之，其克则汝众功也，不克则我尽死以报国耳。”众皆踊跃愿行。时国珍戚党陈仲达往来计议，陈其可降状。泰不华率部众，张受降旗乘潮而前。船触沙不能行，垂与国珍遇，呼仲达申前议，促达目动气索，泰不华觉其心异，手斩之。即前搏贼船，射死五人，贼跃入船，复斫死二人，贼举槊来刺，辄斫折之。贼群至，欲抱持过国珍船，泰不华嗔目叱之，脱起，夺贼刀，又杀二人。贼攒槊刺之，中颈死，犹植立不仆，投其尸海中。年四十九。时十二年三月庚子也。僮名抱琴，及临海尉李辅德、千户赤盏、义士张君璧皆死之。泰不华既没，除江浙行省参知政事，行台州路达鲁花赤事，不及闻命已。后三年，追赠荣禄大夫、江浙行省平章政事、柱国，封魏国公，谥忠介，立庙台州，赐额崇节。
泰不华尚气节，不随俗浮沉。太平为台臣劾去相位，泰不华独饯送都门外。太平曰：“公且止，勿以我累公。”泰不华曰：“士为知己死，宁畏祸耶！”后虽为时相摈斥，人莫不韪之。善篆隶，温润遒劲。尝重类《
复古编》十卷，考正讹字，于经史多有据云。
