Как и старший брат Винсент, Теодорус ван Гог, более известный, как Тео, родился в Грот-Зюндерте, в провинции Брабант в Нидерландах. Родители Тео: приходской священник Теодорус ван Гог и Анна Корнелия Карбентус.
Благодаря родственным связям и Винсент и Тео работали на парижскую арт-дилерскую компанию «Гупиль и Си» (англ. Goupil & Cie). Первым начал работать Винсент, проведя несколько лет в офисе в Гааге. Тео приступил к работе в Брюселле 1 января 1873 года и был самым младшим сотрудником фирмы. После того, как Винсента перевели в Лондон, Тео перешёл на его место в Гаагу, где быстро развился и стал преуспевающим арт-дилером. К 1884 году его перевели в Париж, в головной офис. Начиная с зимы 1880—1881 года, Тео посылал своему брату принадлежности для рисования и деньги.
В Париже Тео познакомился с Андри Бонжером и его сестрой Йоханной, на которой женился в Амстердаме 17 апреля 1889 года. Они жили в Париже, когда 31 января 1890 года родился их сын Винсент Виллем. 8 июня семья навестила Винсента, который жил в городке Овер-сюр-Уаз неподалёку от Парижа.
27 июля 1890 года Винсент застрелился в Овер-сюр-Уаз. Возможно, это произошло из-за того, что Винсент не хотел больше висеть на шее своего младшего брата, содержавшего не только его, но и жену с ребёнком и престарелую мать. Отказываясь от какой-либо медицинской помощи, Винсент умер через два дня после того, как выстрелил себе в сердце. Тео был с ним. На следующий день он написал об этом матери и семье и уехал в Голландию.
30 июля 1890 года Тео впал в глубокую депрессию, появились признаки серьёзного душевного расстройства. В сентябре того же года Тео пытался уговорить галерею Дюранд-Ройяль сделать мемориальную ретроспективу работ Винсента, но безуспешно. В Париже, при помощи Эмиля Бернарда, Тео сделал в своей бывшей квартире (сам он переехал в соседнюю) посмертную выставку.
В октябре, по просьбе Андри Бонжера, Тео согласился лечь в сумасшедший дом Этуаля, где ему поставили диагноз «острая маниакальная возбудимость с манией величия и прогрессирующий общий паралич». По запросу жены, в ноябре 1890 года он был переведён в «Медицинский институт душевнобольных» в Утрехте, Нидерланды. Здесь он умер через два месяца в возрасте 33 лет от осложнений последней стадии сифилиса, и был похоронен в .
Двадцать пять лет спустя останки Тео ван Гога были перевезены во Францию, и 8 апреля 1914 года оба брата были перезахоронены рядом друг с другом на кладбище Овер-сюр-Уаз.
Тео восхищался старшим братом всю свою жизнь. Но общаться с ним было тяжело ещё тогда, когда он не избрал свое призвание быть художником. Общение между двумя братьями страдало от расхождения взглядов на нормы жизни, и несомненно, только благодаря Тео контакт сохранялся, так как тот постоянно писал письма.
Поначалу Тео делал вид, что деньги Винсенту приходят от отца, а не от него. Он не хотел расстраивать брата. Правда, вскоре Винсент узнал, от кого приходят деньги, и поблагодарил брата. Всю жизнь он мучился от этой зависимости, оправдывая себя тем, что Тео как бы принимает участие в создании картин и что потом они поделят деньги с продажи картин.
Тео помогал художникам-импрессионистам, таким как Клод Моне и Эдгар Дега, стать известнее, уговаривая своих работодателей «Гупиль и Си» выставлять и покупать их работы. Однако он не смог пробиться сквозь взгляды начальства на живопись и так и не продал ни одной картины Винсента.
В 1886 году Тео пригласил Винсента пожить вместе с ним. В марте они стали жить вместе в квартире Тео на Монмартре. Тео познакомил своего брата с такими художниками, как Поль Гоген, Поль Сезанн, Анри Тулуз-Лотрек, Анри Руссо, Камиль Писсаро и Жорж Сёра. В 1888-м Тео уговорил Гогена присоединиться к Винсенту, который тогда уже уехал в Арль.
Переписка между братьями началась после визита Тео к Винсенту в Гаагу, где последний работал уже около трёх лет. Когда это произошло, Винсенту было 19 лет, а Тео 15. Она длилась без малого 18 лет — с 1872 по 1890. Сохранилось всего 36 писем, написанных Тео Винсенту. Но сам Тео бережно относился к письмам старшего брата, благодаря чему сохранилось 661 письмо Винсента. Поначалу письма были просты и лаконичны. Винсент даёт наставления своему брату, советует не курить трубку и заняться изучением творчества различных писателей и художников. Затем Винсент начинает посылать наброски карандашом, на которых изображал повседневную жизнь крестьян. Со временем письма становятся всё серьёзней и объёмнее, Винсент откровенно рассказывает о своих взглядах на жизнь и искусство. Последнее незаконченное письмо к Тео было найдено в кармане Винсента, когда тот застрелился.