Глок начал автогоночную карьеру в 1998 году в возрасте 15 лет. Выиграл несколько чемпионатов по картингу. В 2000 году победил в BMW ADAC Formula Junior Cup, в 2001 году победил в Formula BMW ADAC. В 2002 году выступал в Немецкой Формуле-3, занял третье место в первенстве и был признан новичком года. В 2003 году Глок выступал в Евросерии Формулы-3, выиграл три гонки и ещё трижды финишировал на подиумах, занял пятое место в чемпионате.
Глок подписал контракт тест-пилота с «Джорданом» на сезон 2004 Формулы-1. На Гран-при Канады он дебютировал в Формуле-1, заменив на одну гонку Джорджо Пантано; в гонке он финишировал 11-м, но после дисквалификации болидов команд «Уильямс» и «Тойота» оказался на 7-м месте, набрав таким образом два очка в дебютной гонке. Под конец сезона неудачно выступавший Пантано покинул «Джордан», и Глок провёл вместо него последние три Гран-при сезона. Благодаря спонсорству Deutsche Post на болидах «Джордан» появились цвета DHL.
В 2005 году Глок выступал в Champ Car World Series за команду Пола Джентилоцци «Rocketsports». Его лучшим результатом стало второе место в Монреале, где он уступил только Ориолю Сервии. В чемпионате Глок занял 8-е место, был признан новичком года в Champ Car.
В 2006 году Глок выступал в серии GP2. Часть сезона он провёл в команде BCN Competicion, показывая средние результаты; по ходу сезона перешёл в более сильную команду iSport International, в составе которой выступал значительно успешнее (в частности, две победы и три подиума). В чемпионате финишировал четвёртым. Также в 2006 году он тестировал болид команды Формулы-1 «БМВ-Заубер» и в декабре 2006 года подписал с этой командой контракт на сезон 2007 года в качестве второго тест-пилота.
В сезоне 2007 года Глок, выступая за iSport International, стал победителем GP2, выиграв пять гонок и ещё пять раз финишировав на подиуме. После серьёзной аварии основного пилота BMW Роберта Кубицы в Канаде существовала вероятность, что на следующей гонке, в США, его заменит Глок, но в итоге место Кубицы занял основной тест-пилот команды Себастьян Феттель (и занял в США 8-е место в дебютном для себя Гран-при). Вскоре Феттель был приглашён на место основного пилота в Scuderia Toro Rosso (дебютировал в этой команде на Гран-при Венгрии), после чего Глок стал основным тест-пилотом BMW.
После победы в серии GP2 в 2007, Глок провёл переговоры с несколькими командами Формулы-1. Это привело к заключению контракта с Toyota хотя у него по-прежнему был контракт с BMW, но в итоге проблему решила Автоспортивная комиссия по контрактам. В ноябре она разрешила Тимо принять участие в сезоне 2008 за Toyota и после этого он подписал трёхлетний контракт на замену Ральфа Шумахера. Свои первые очки в 2008 он заработал на Гран-при Канады, финишировав четвёртым впереди Фелипе Массы из Ferrari. Глок квалифицировался пятым на Гран-при Венгрии и в гонке финишировал вторым, впереди действующего чемпиона мира Кими Райкконена. На первом в истории ночном Гран-при в Сингапуре Тимо финишировал четвёртым показав один из лучших результатов в сезоне.
В финальной гонке сезона 2008 года Гран-при Бразилии 2008 года, Глок шёл седьмым за несколько кругов до финиша и решил остаться в дождь на покрышках для сухой погоды в отличие от большинства гонщиков. На старте последнего круга Тимо был четвёртым, но в последнем повороте его обогнали Себастьян Феттель и пилот McLaren Льюис Хэмилтон. Обгон Глока Хэмилтоном позволил британцу стать чемпионом 2008 года. Глок финишировал в гонке шестым и на десятой позиции в личном зачёте с 25 очками, позади напарника Ярно Трулли.
2009 год неплохо начался для Глока. После пребывания в топ-10 во всех трёх сессиях свободных заездов Австралии он был квалифицирован шестым. Однако заднее антикрыло (и у его напарника Трулли) Toyota было слишком гибким и было запрещено, по этому их убрали и в итоге стартовал Тимо 19-м. Во время гонки, он пробивался через пелетон и совершил несколько красивых обгонов, включая Фернандо Алонсо и Себастьена Буэми и финишировал пятым. Однако после гонки, Льюис Хэмилтон был дисквалифицирован и был лишён четвёртого места, поэтому оно перешло Глоку. Неделей спустя на Малайзии он квалифицировался пятым, но стартовал третьим после штрафов Себастьяна Феттеля и Рубенс Баррикелло. На старте Тимо откатился на восьмое место, но удачный выбор шины, во время начавшегося дождя, вместе с безошибочным вождением позволили Глоку финишировать на третьем месте, когда гонка была остановлена (из-за невозможных условий на трассе) на 32-м круге.
Серия седьмых мест Глока в дождливом Китая и засушливом Бахрейне принесли ему 12 очков, однако к этим результатом он пришёл разными путями. В Китае он квалифицировался разочаровывающе 14-м, не сумев выйти за пределы второй части квалификации, в то время как в Бахрейне он квалифицировался вторым(тем самым показав лучший результат в карьере) лидировал, но неудачный выбор более жёстких шин на раннем пит-стопе отбросил его вглубь пелетона и он финишировал седьмым.
На Гран-при Испании и Гран-при Монако, Глок разочаровывающе финишировал десятым стартовав шестым и с пит-лейн соответственно. В Турции впервые с Бахрейна Тимо смог попасть в очковую зону. На последнем Гран-при Великобритании в Сильверстоуне Глок квалифицировался восьмым, а финишировал в шаге от очковой зоне на девятом месте. На домашнем Гран-при Германии он также финишировал девятым.
Будущее Глока было неизвестно, но 17 ноября команда Manor Grand Prix объявила о заключении контракта с немцем на роль основного пилота команды в сезоне-2010. Хотя были слухи, что Глок станет партнёром Роберта Кубицы в Renault, но из-за решения Renault об объявлении судьбы команды в конце года, Тимо решил что лучше будет гарантированно место в Формуле-1, чем конкурентоспособный болид. 15 декабря 2009 года Manor была переименована в Virgin Racing, а его бывший соперник по GP2 Лукас ди Грасси станет его напарником.
Тимо Глок проживает в Швейцарии со своей девушкой, немецкой моделью Изабель Рейс. Глок и Рейс являются и близкими друзьями пилота Team Lotus Хейкки Ковалайнена и его британской подруги Кэтрин Хайд.
† - Поскольку Глок был гостевым пилотом, он не мог зарабатывать очки.