Тилла Дюрье получила актёрское образование в Вене и в 1902 году дебютировала в Ольмюце, затем переехала в Бреслау, а в 1903-1911 годах работала в Deutsches Theater в Берлине. Здесь она сыграла роли леди Мильфорд в «Коварство и любовь» Фридриха Шиллера (1903), Кунигунды в «Кетхен из Гейльбронна» Генриха фон Клейста (1905), Родопы в «Гиг и его кольцо» (1907), заглавную роль в «Юдифи» (1909) и Иокасты в «Короле Эдипе» Фридриха Геббеля (1910).
В 1910—1911 годах принимала участие в литературных вечерах берлинского «Нового клуба», проходивших в «Неопатетическом кабаре», где собирались деятели искусства, давшие начало движению немецкого экспрессионизма.
В 1911—1914 годах Дюрье выступала на сцене берлинского Театра Лессинга, с 1915 года работала в Королевском драматическом театре, а с 1919 года — в Прусском государственном театре. Её прославили роли в пьесах Франка Ведекинда — графиня Верденфельс в «Маркизе фон Кейте» (1920) и заглавная роль в «Франциске» (1924—1925).
В 1927 году Дюрье участвовала в финансировании «Сцены Пискатора» и участвовала в его постановках. В берлинские «золотые двадцатые» Тилла познакомилась с берлинскими знаменитостями, как, например, фотографом Фридой Рисс. В 1933 году после прихода к власти национал-социалистов Дюрье покинула Германию вслед за своим мужем-евреем и работала в венском Театре в Йозефштадте, а также в Праге, где сыграла в том числе роль шекспировской леди Макбет. Во время Второй мировой войны Дюрье находилась в Загребе. В 1952 году она вернулась в Германию и гастролировала в театрах Берлина, Гамбурга и Мюнстера.
В первом браке мужем Дюрье был художник Ойген Шпиро, с которым она развелась в 1906 году. В 1910 году Дюрье вышла замуж за берлинского издателя и галериста Пауля Кассирера. После его смерти Тилла Дюрье вышла в третий раз замуж за генерального директора концерна «Schulthei?-Patzenhofer» Людвига Катценелленбогена.
Имя Тиллы Дюрье носит берлинский парк близ Потсдамской площади.
Портреты Тиллы Дюрье оставили Огюст Ренуар, Макс Слефогт, Франц фон Штук, Эрнст Барлах, Юлия Вольфторн, Эмиль Орлик и другие.