Tyrone Fettson nació en Greenville, Mississippi, hijo de Willie Branch y Ora Lee Jones. Algunas fuentes dan como fecha de nacimiento el 4 de mayo de 1938, pero los investigadores Bob Eagle y Eric LeBlanc afirman que su aviso fúnebre da la fecha de octubre de 1937.
Se mudó con su padre a Saginaw, Michigan, antes de trasladarse a Chicago en 1959. Trabajando como valet/chauffeur para el cantante de blues Freddie King, comenzó a cantar en clubes locales donde fue descubierto por el ejecutivo discográfico/músico Harold Burrage. Sus primeras grabaciones para pequeños sellos discográficos de la ciudad, con el nombre de «Tyrone the Wonder Boy», no tuvieron éxito. El exitoso productor discográfico de Chicago, Carl Davis, le contrató en 1968 para un nuevo sello, Dakar Records, que estaba iniciando como parte de un acuerdo de distribución con Atlantic, y sugirió que Tyrone se cambiara el nombre, lo que hizo tomando prestado el apellido de Carl.
Su primer lanzamiento, «A Woman Needs To Be Loved», fue cambiado cuando la cara B empezó a llamar la atención de la radio. La canción, «Can I Change My Mind», presentaba un cambio de estilo vocal para Davis, con un enfoque y un tono más suave y suplicante. El disco se disparó en las listas y pasó tres semanas en el primer puesto de la lista Billboard R&B, al tiempo que subía al número 5 en el Hot 100. Vendió más de un millón y recibió el reconocimiento de disco de oro. Su mayor éxito llegó a principios de 1970 cuando «Turn Back The Hands Of Time» también alcanzó el número 1 en la lista R&B y subió al número 3 en la lista Hot 100 pop. Escrito por Jack Daniels y Bonnie Thompson, este disco también vendió más de un millón de copias y recibió un disco de oro otorgado por la Recording Industry Association of America en mayo de 1970.
Davis lanzó unos 25 singles durante sus siete años con Dakar, la mayoría de ellos grandes vendedores de R&B producidos por Willie Henderson. Finalmente regresó al primer puesto con «Turning Point» en 1975. Poco después, Davis se pasó al importante sello discográfico Columbia y grabó siete álbumes en los cinco años siguientes con el productor Leo Graham y el arreglista James Mack, que había colaborado con él en «Turning Point». Los principales éxitos con Columbia fueron «Give It Up» (número 2), «This I Swear» (número 6) e «In The Mood» (número 6, 1979). Apodado el «rey del soul romántico de Chicago» por la MTV, la vulnerabilidad y la clase percibidas por Davis le hicieron ganarse el cariño de las fans del soul durante la década de 1970.
1982 trajo un cambio de discográfica a la recién creada independiente, Highrise y otro gran éxito, «Are You Serious» (número 3 R&B, número 57 pop), de nuevo producido por Leo Graham, y escrito por L. V. Johnson. Cuando Highrise cerró al año siguiente, Davis se cambió a un minúsculo sello de Los Ángeles, Ocean Front, que carecía de músculo promocional para conseguir una de sus mejores actuaciones, «Let Me Be Your Pacifier». En 1991, Davis se pasó al sello de Atlanta, Ichiban Records, con el que grabó tres álbumes que incluían la canción «Mom’s Apple Pie». En 1994, Davis pasó a Bellmark/Life Records para grabar un álbum. Los días de Davis como acto principal en las listas de éxitos habían terminado, pero continuó siendo una atracción popular en vivo y finalmente firmó en 1996 con Malaco Records, el sello de blues con sede en el sur que lo grabó en varios álbumes. También actuó en un especial de la PBS sobre la música soul de los años 70 en 2004, cantando «Turn Back The Hands Of Time».
Un derrame cerebral en septiembre de 2004 puso fin a su carrera y, tras las complicaciones, murió en un hospital de Chicago el 9 de febrero de 2005, a la edad de 66 años.