1968年，汤晓鸥出生在辽宁省鞍山市
1985年毕业于鞍山一中，1990年于中国科学技术大学获得学士学位，1991年于美国罗切斯特大学获得硕士学位，1996年于麻省理工学院（MIT）获得博士学位，于香港中文大学信息工程系任教授。2005-2007年于微软亚洲研究院，担任视觉计算组主任。2008年12月起在深圳先进技术研究院多媒体集成技术研究室任主任和研究员。
2009年，汤晓鸥教授获电机及电子工程师学会（IEEE）推选为院士。同年，汤晓鸥教授及其博士研究生何恺明，联同微软亚洲研究院的孙剑博士，凭论文“基于暗原色的单一图像去雾技术”夺得IEEE电脑视觉与模式识别大会（CVPR）该年度的“最佳论文奖”。
汤晓鸥发明的人脸识别技术，是世界上第一个超过人眼识别能力的计算机算法。其在香港中文大学创办的多媒体实验室，2016年与麻省理工、斯坦福等著名大学一道，入选世界十大人工智能先锋实验室。
