Родился в артистической семье. Отец — известный режиссёр и актёр Александр Эдуардович Блюменталь-Тамарин (ум. 1(14).12.1911). Мать — актриса Мария Михайловна Блюменталь-Тамарина, урожд. Климова (1859-1938). Дед по отцу был немцем.
Глубоко травмированный в детстве разводом родителей, Б.-Т. на протяжении всей жизни сохранял очень близкие отношения с матерью и написал о ней мемуары «Блюменталь-Тамарина и её время», опубликованные в 1939 году в журнале «Театр» .
На профессиональной сцене с 1901 года. Впрочем, в автобиографической справке «25 лет на сцене», опубликованной в 1926 г. в журнале «Театр», Б.-Т. вспоминал о своей игре в театре ещё в детском возрасте: «... Сейчас мне 44 года. Всё детство прошло на сцене. В 7 лет я уже играл. Окончил Московское театральное училище. Был на первом семестре Тенишевского училища. Во время студенческих волнений мы выбросили из окна чертёжной подосланного полицейского шпика, в результате чего я и 35 студентов «вылетели» из института с волчьими билетами. После этого я решил бесповоротно — иду на сцену. Вступил в оперетту Шумана в Вильно, где отец был режиссёром».
Потом была череда городов, театров и ролей. В 1917—1918 гг. жил в Харькове (по адресу: ул. Гоголя, 41). Сыграл в Большом театре Царя Эдипа (о спектакле в постановке Соколовского см. рецензию в харьковском еженедельнике «Колосья», 1918, № 11, с. 13-14). Вообще же входил в труппу Городского театра : осенью 1918 был занят в спектаклях «Живой труп» (Федя Протасов), «Маргарита Готье», «Касатка» (Илья) и др.
Харьковская пресса писала: «С большим ансамблем проходит пьеса «Маргарита Готье». <...> Живые образы дают Блюменталь-Тамарин (Арман) <...> «Касатка» проходит также безукоризненно, причём главное внимание на себе сосредотачивают г-жа Павлова и г. Баров <...> Не хуже этих двух артистов играют в «Касатке» г. Блюменталь-Тамарин, сообщающий Илье Ильичу цельность натуры <...> Но «Живой труп», «горе от ума» и «Бесприданница» проходят хуже. <...> Что же касается игры г. Блюменталь-Тамарина, то, изображая Протасова, артист лишил его барственности [и] не усугубил, не осложнил внутреннего мира, не обогатил деталями и все мотивы поступков и действий приписал не столько высоким запросам духа, сколько безволью, бесхарактерности, склонности натуры. Но, в пределах своего представления, сделал всё возможное, особенно хорошо провёл первый акт, внёс в свою игру много искренности и дал живое лицо <...>“ (ПО ТЕАТРАМ. Городской театр // Театральный Журнал, № 1, Харьков, 12 октября (суббота), сс. 11-12).
В декабре 1918 появилось сообщение о том, что Блюменталь-Тамарин примет участие в создаваемом Д. Д. Уваровым в помещении «Рабочего дома» новом театре (Хроника // Театральный Журнал, № 5, Харьков, 3 декабря 1918, с. 11).
В 1919, когда Харьков был занят частями Добровольческой армии генерала А.И.Деникина, Б.-Т. помимо театральной работы активно занимался общественной деятельностью.
Находившийся в Харькове с начала июня 1919 г. в составе гастролировавшей здесь труппы МХТ В.В.Шверубович , описывая занятие города частями Добровольческой армии, в частности, вспоминал: «Началось с того, что харьковское актёрство, которое возглавлял отдыхавший под Харьковом на своём хуторе, оставленном ему советской властью, В.А.Блюменталь-Тамарин, решило устроить большой праздник в честь прихода добровольческой армии. Затеяны были грандиозный концерт в цирке и ряд вечеров в других театральных помещениях. <…> Блюменталь-Тамарин верхом на белом цирковом коне с огромным трёхцветным флагом на пике, с большой церковной кружкой у седла разъезжал по городу, собирая пожертвования на подарки «освободителям родины» <…>» (“Люди театра. Из воспоминаний» // «Новый мир», 1968, № 2, с 100).
Г.Бахтаров, пересказывая (со ссылкой на автора, но без указания публикации) довольно близко к тексту вышеприведённый «пассаж» Шверубовича, сообщает далее: «Когда Красная Армия вошла на Украинскую землю, он был арестован. И только благодаря вмешательству Луначарского Блюменталь-Тамарину была сохранена жизнь»… (“Последний гастролёр» // журнал «Московский наблюдатель», 1993. Цит. по статье В.Гайдабуры — см. список лит. ниже).
Актёром Б.-Тамарин был, по-видимому, незаурядным. Об этом свидетельствует хотя бы тот факт, что в 1926 г, через 7 лет после его «белогвардейских эскапад» в Харькове, в Москве торжественно отмечалось 25-летие его сценической деятельности. На юбилейном спектакле Б.-Т. играл Кина. А. В. Луначарский огласил правительственное постановление о присвоении юбиляру звания заслуженного артиста РСФСР. На том же вечере для него пели А. Нежданова, Н. Обухова, Л. Собинов, танцевали Е. Гельцер и В. Тихомиров, играл Генрих Нейгауз.
Однако, несмотря на все чествования, не приемлющий официальной советской лжи и несвободы, Б.-Т. тогда же уходит из Театра Корша, где играл, собирает собственную труппу (по отзывам театралов, довольно посредственную, если бы не сам Б.-Т.) и создаёт Московский передвижной театр. Начались многочисленные гастроли, благодаря которым он не только мог ускользать из-под мелочной опеки театрального начальства, но успешно избегал надзора «органов», — скорее всего, благодаря этому Б.-Т. и уцелел в период массовых репрессий 30-х гг. Он снимался в кино ("На дальней заставе", 1940, реж. Евг. Брюнчугин).
В 1941 ему исполнилось 60 лет. В мае Б.-Т. отправляется в гастрольную поездку с программой, посвящённой 100-летию со дня смерти М. Ю. Лермонтова. Война застаёт его в Черновцах. Прервав гастроли, он возвращается в Москву и, захватив ценные вещи и архив, перебирается с семьёй на дачу в Новый Иерусалим — рядом с Истрой, в 60 км от Москвы, рядом с Волоколамским шоссе. По свидетельству очевидца, во время приближения немцев Б.-Т. говорил: — «они нас не тронут — я же немец» (его отец был немцем по национальности).
В конце января 1942 года немецкие войска заняли Истру. Б.-Т. они действительно не тронули — более того, привлекли к сотрудничеству. 2 февраля он выступил по радио с обращением, в котором призывал соотечественников не защищать сталинский режим и сдаваться, а население на захваченных территориях сотрудничать с оккупантами. Передачи становятся регулярными: они выходят в эфир каждый вторник и четверг в 18:00. Ловко имитируя голос Сталина, Блюменталь-Тамарин озвучивал фальсифицированные указы советского правительства. Записанные на немецком радио Варшавы речи транслировались на оккупированных территориях СССР. 27 марта 1942 года Военная коллегия Верховного Суда СССР заочно приговорила его к смертной казни.
Возглавлял Театр русской драмы в Киеве. Одной из наиболее известных его постановок была переделанная в злую сатиру на Красную Армию пьеса «Фронт» А. Корнейчука, которая ставилась под названием «Так они воюют». Сыграл в ней главную роль — генерала Горлова, переименованного в Горлопанова.
С приближением советских войск Б.-Т. перебрался в Кенигсберг, затем в Берлин. В эмигрантской газете «Новое слово» печатались объявления о его выступлениях в сценах из спектаклей: «Маскарад» М.Ю. Лермонтова, «На людном месте» А.Н.Островского, «Гамлет» У.Шекспир, «Медведь» А.П.Чехов — 17.2.43 — в Шуман-зале, 13.6.43 — в Бах-зале...
10 мая был убит в Мюнзингене «при невыясненных обстоятельствах», по версии племянником жены — Игорем Львовичем Миклашевским (1918—1990), который в 1942 году под видом перебежчика был заслан в немецкий тыл для выполнения этого задания (по некоторым источникам для организации покушения на Гитлера). В 1993 году реабилитирован «по формальным обстоятельствам» согласно статье 5 Закона Российской Федерации «О реабилитации жертв политических репрессий» от 3 сентября 1993 года № 5698-1 : «Признаются не содержащими общественной опасности нижеперечисленные деяния и реабилитируются независимо от фактической обоснованности обвинения лица, осужденные за: а) антисоветскую агитацию и пропаганду; б) распространение заведомо ложных измышлений, порочащих советский государственный или общественный строй». .