Родился в 813. Сын императора Михаила II и его первой супруги Фёклы. Его крёстным отцом был император Лев V Армянин. С 821 Феофил был соправителем вместе с отцом, а после смерти последнего, в 829, стал единоличным императором. Он вступил на престол при достаточно благоприятных условиях. Империи ничто не угрожало кроме арабских пиратов. Население сравнительно благоденствовало, казна была богата. Хотя богословские споры по поводу икон и не смолкли, в правление Михаила II преследования за почитание икон прекратились.

Феофил получил отличное образование под руководством учёного Иоанна Грамматика, известного иконоборца, возведённого при Феофиле на патриарший престол. Феофил понимал и ценил искусства и науки. Он также любил церковное пение, сам писал стихиры и по праздникам управлял хором в Св. Софии.

Император обладал многими блестящими качествами и сильным, но вспыльчивым характером; любовь к справедливости доводила его до довольно крутых мер. Иоанн Грамматик и ещё более жена его, Феодора, впоследствии восстановительница иконопочитания, смягчали в отдельных случаях жестокость Феофила.

Первым его шагом в начале единоличного правления было требование у сената казни главных убийц иконоборческого императора Льва Армянина, хотя они возвели на престол его отца и были им прощены. Феофил также удалил из дворца свою мачеху — вторую жену Михаила II Евфросину, которую тот взял из монастыря. Возобновилась утихавшая иконоборческая распря, гонения и истязания; в 832 вышел указ, которым запрещалось почитание икон.

При этом Феофил не воздвигал систематического гонения на иконы: они оставались в церквах, но подвешивались высоко. Преследования при Феофиле были далеко не так жестоки, как это впоследствии представляли хронисты, и часто проходили под знамением гонения не столько за веру, сколько за политическую неблагонадежность. Наказывал Феофил не за догмат, но за ослушание его власти. В его правление обе церковные партии должны были жить в империи рядом, причём главенствовали иконоборцы.

Феофил был женат на Феодоре, которую сам выбрал в результате устроенных весной 821 смотрин. Сначала Феофил хотел выбрать в жёны Кассию, будущую известную песнописицу, но передумал в результате её дерзкого ответа на его реплику. Из уважения к Феодоре, любившей мужа, память его не была предана проклятию на Константинопольском соборе в 842 и последовавшем за ним торжестве православия.

Во внутреннем управлении Феофил был строг и самовластен, но о его указах мы знаем лишь из православных хроник. Он издал закон против злоупотреблений администрации, боролся с хищной бюрократией, разрешил браки между византийками и персами. Его нелицеприятная справедливость, доступность жалобщикам из народа запечатлена легендами. Так, он приказал публично бичевать Петрону, брата императрицы Феодоры, за то, что при постройке дома он нарушил права соседки. Он распорядился сжечь на площади богатый груз с корабля, принадлежавшего императрице, находя, что царям неприлично вести торговлю. Блеск и пышность господствовали при дворе Феофила; казна казалась неисчерпаемой.

Рядом с такими общественнополезными сооружениями, как городские морские стены, громадной богадельней, устройством сигнализации (огнями на вершинах гор) от столицы до арабских пределов, Феофил удовлетворял свою страсть к роскоши и искусствам. Великолепные дворцовые постройки — фонтан Фиала, портики Мистерии и Сигма, т.н. Таинственный триконх, новый ипподром, загородный дворец Врия в арабском стиле, чертог для музыкальных оргáнов во дворце — свидетельствуют о роскоши Феофила и в то же время о влиянии восточного искусства и вкусов, проводниками которых являлись патриарх Иоанн Грамматик и учёный Лев Математик.

Поддерживая сношения с западными императорами, Луи Благочестивым и Лотарем, и с кордовским халифом, пользуясь перемирием с Болгарией, Феофил призвал Венецию против арабов, завоевавших Палермо, Тарент и Бари. На севере Чёрного моря он вступил в союз с хазарами и выстроил в устье Дона крепость Саркел, против печенегов.

Большой помощью служили ему персидские выходцы, восставшие против арабского халифа и перебежавшие в Византию; их было несколько тысяч, и из них были сформированы особые отряды, которыми предводительствовал перс Феофоб, ставший при Феофиле знаменитым военачальником; Феофил выдал за него свою сестру Елену.

Его жизнь, блестящая и интересная, окружённая народными легендами, не всегда была счастливой из-за частых поражений в войнах с арабами. Первые походы Феофила в Сирию против багдадских халифов Мамуна (831) и Мутасима (837) были удачны. Но затем Мутасим, справившись с другими врагами, жестоко отомстил Византии. Его вождь Афшин разбил Феофила, едва спасшегося от плена; сам Мутасим обложил и разрушил в 838 византийскую твердыню Аморий в Малой Азии, родину императора, перебив и забрав в плен множество христиан.

Храбрые начальники Амория, во главе с патрикием Аэтием, после долголетнего плена были преданы смерти за верность христианству (т.н. 42 Аморейских мученика). Гибель родного города и поражение христиан сильно повлияли на Феофила; он заболел, и меньше чем за 4 года болезнь свела его в могилу. Он умер 20.01.842, облобызав (по свидетельству православных хронистов) икону, которую поднесла ему Феодора.

У Феофила с Феодорой было два сына: Константин, умерший в младенчестве, и Михаил, в 3-летнем возрасте унаследовавший византийский престол. Из 5 дочерей старшая, Мария, была замужем за военачальником и высокопоставленным вельможей Алексеем Муселе из армянского рода Кринитов, а остальные после смерти отца приняли монашество (по-видимому, Феофил завещал не выдавать их замуж до совершеннолетия Михаила, чтобы устранить опасность возможных заговоров).