Тимофей Грановский родился 21 марта 1813 года в городе Орел, в дворянской семье. До 13 лет получал домашнее образование, а затем поступил в московский частный пансион Ф.И. Кистера, который окончил в 1828 году.

В 1831-1832 годах Грановский работал в Министерстве иностранных дел. В 1835 году он окончил юридический факультет Петербургского университета. Работал в библиотеке Главного морского штаба. Знакомство с Николаем Станкевичем в 1836 году оказало большое влияние на взгляды Грановского.

Для подготовки к профессорскому званию прошел стажировку за границей в Берлинском университете, учился у Л. Ранке, Ф.К. Савиньи. С 1839 года читал курс истории средних веков в Московском университете. В 1845 году защитил магистерскую, а в 1849 году – докторскую диссертацию по теме «Аббат Сугерий. Об общинах во Франции».

В 1850-е годы Грановский начал работу над учебником по всеобщей истории, который был частично опубликован. В научные интересы Грановского входили: «переходная» эпоха между Средневековьем и Новым временем, история средневекового города, политические и правовые системы феодализма и т.д. По своим философским взглядам Грановский был гегельянцем и видел историю как развитие «духа рода человеческого».  

Тимофей Николаевич Грановский ушел из жизни 16 октября 1855 года и похоронен в Москве на Пятницком кладбище.