נולד בג'נובה למשפחה מהמעמד הבינוני ולמד לימודים הומניים באוניברסיטת טורינו[1]. קיבל השכלה במשפטים באוניברסיטת טורינו, שירת כקצין ונפצע במלחמת העולם הראשונה והפך למורה בטורינו. החל בשנת 1922 ערך טוליאטי את העיתון איל קומוניסטה ובאפריל 1924 הפך לחבר הוועד המרכזי של המפלגה הקומוניסטית. אחרי המלחמה הוא הצטרף לקבוצה שסבבה סביב אנטוניו גראמשי ועיתונו "L'Ordine Nuovo" (הסדר החדש) בטורינו. בשנת 1919 ייסד יחד עם גראמשי את העיתון "ל'אורדינה נואובו" והיה לעורכו[1].
בזמן שהשתתף בישיבת האינטרנציונל הקומוניסטי (קומינטרן) במוסקבה בשנת 1926, אסר מוסוליני את קיומה של המפלגה הקומוניסטית, וכמעט כל מנהיגיה פרט לטוליאטי נעצרו. בשנות השלושים נאלץ טוליאטי לגלות מאיטליה, והוא שהה במשך 15 שנה במוסקבה, נשא את השם ארקולה ארקולי, והיה לידידו של סטלין. לאחר שחרור איטליה בשנת 1944 שב טוליאטי לארצו ונתמנה לשר בלי תיק[2]. בדצמבר 1944 התמנה טוליאטי לסגן ראש הממשלה[3]. ביוני 1945 התחזקה המפלגה הסוציאליסטית וטוליאטי, הקומוניסט, מונה לשר המשפטים[4].
תחת הנהגתו התחולל במפלגה "מהפך סאלרנו" שהתמקד בתמיכת המפלגה ברפורמות דמוקרטיות באיטליה ובזניחת המאבק האלים לסוציאליזם. כתוצאה מכך נעה המפלגה ימינה במפה הפוליטית ופורקו גדודי הפרטיזנים החמושים שהמפלגה שלטה בהם.
ב- 14 ביולי 1948 נפצע טוליאטי קשה על ידי פשיסט צעיר, ועובדים הכריזו על שביתה ברחבי איטליה במחאה.[5]
מנהיגותו של טוליאטי הביאה את המפלגה הקומוניסטית למעמד המפלגה הגדולה באיטליה, והמפלגה הקומוניסטית (שאיננה מפלגת שלטון) הגדולה באירופה. על אף שמעולם לא הרכיבה המפלגה את הממשלה, היא נחלה הצלחה רבה בבחירות המוניציפליות והשיגה כוח רב.
טוליאטי נפטר באוגוסט 1964 ונקבר בהלוויה חילונית, רבת משתתפים, בה הונפו עשרות אלפי דגלים אדומים[6].