È stato scrittore, poeta e psichiatra italiano. In quanto medico è stato direttore dell'ospedale psichiatrico di Lucca. Ha esordito in letteratura nel 1934 con i versi di Poesie per poi dedicarsi alla narrativa dal 1942 con il romanzo Il figlio del farmacista e i racconti di La gelosia del marinaio. Dopo la sua esperienza in Libia, a seguito della seconda guerra mondiale, trae ispirazione per due romanzi: Il deserto della Libia e Il perduto amore. Da Il deserto della Libia nascono due differenti adattamenti cinematografici: Scemo di guerra di Dino Risi e il più recente Le rose del deserto di Mario Monicelli.
Tobino è stato attivo anche sul piano della resistenza contro il nazifascismo.
Nel 1962 vince il premio Strega con Il clandestino e nel 1972 il Campiello con i racconti di Per le antiche scale. In questo periodo conosce la futura moglie, la sorella della scrittrice Natalia Ginzburg e di Adriano Olivetti.
Pubblica il suo ultimo romanzo Il manicomio di Pechino nel 1990 e muore un anno ad Agrigento, dove è andato a ritirare il Premio Luigi Pirandello.