Er entstammte dem Adelsgeschlecht Berlepsch und war ein Enkel des Ornithologen Hans Hermann Carl Ludwig von Berlepsch. Er gab sein Debüt als Schauspieler 1933 in Berlin. Seine langjährige Bühnenkarriere konnte er auch nach 1945 an zahlreichen bundesdeutschen Theatern fortsetzen.

1938 stand er in Preußische Liebesgeschichte erstmals vor der Kamera, aber erst nach dem Krieg wurde er zum häufig besetzten Filmschauspieler. Er mimte meist hochgestellte Persönlichkeiten, oftmals Adelige, Staatsanwälte, Rechtsanwälte, aber auch Diener. In dem Luther-Fernsehfilm Der Reformator (1968) verkörperte er den Schlosshauptmann Hans von Berlepsch, einen frühen Angehörigen der Familie von Berlepsch. Er war mit der 1919 geborenen Schauspielerin Eike Siegel verheiratet.

Tilo von Berlepsch wurde anonym auf dem Friedhof Lichtental in Baden-Baden beigesetzt.