泰不华，字兼善，本姓伯牙吾台氏。初名达普化，文宗赐他现在名字。先祖世居于白野山。父塔不台入宫为宿卫，后任台州录事判官，全家迁于台州。
泰不华家贫，好读书，集贤待制周仁荣教养他。十七岁在江浙科举乡试中考第一名。第二年在朝廷考策论，赐进士及第，授集贤修撰，后转任秘书监著作郎，又拜江南行台监察御史。当时御史大夫脱欢，仗势贪暴，被泰不华弹劾罢官。文宗建奎章阁学士院，升他为典签，拜中台监察御史。
顺帝即位，加文宗皇后以“太皇太后”之称号，对大臣燕铁木儿、伯颜皆赐地封王。泰不华与同朝官员上书说“：婶母不宜加美好称号，相臣不当受土封王。”太后怒，要杀掉说这番话的人。泰不华对同僚说：“此事是我发起的，我甘愿受戮，决不连累诸公。”后来太后息怒，反而说“：台谏官中有这样的人，我怎能不遵守祖宗成法？”赐泰不华金彩缎二匹以表彰其耿直忠贞。后出任佥河南廉访司事，很快又调往淮西，既而调任江西行御史台经历，由于他辞不赴任，改为江浙行省左右司郎中。浙西大水灾，泰不华入京极力说服中书省免浙西租税。升秘书省监，后改任礼部侍郎。
至正元年(1341)，授绍兴路总管。在此任上，他革除吏弊，取消没官牛租，令百姓自报田地面积以便使他们的赋役负担公平合理。还改革江浙一带风俗。奉诏回朝，入史馆，参与纂修辽、宋、金三史。书成之后，授他为秘书卿。后又升礼部尚书兼会同馆事。黄河决口，泰不华奉诏用圭玉白马致祭河神。事毕上书言“：淮安以东之黄河入海处，最好仿效宋朝置‘撩清夫’，用辊江龙铁帚搅混沙泥，使随潮入海。”朝廷听从他的建议，但因当时征发民夫屯田，这件事被迫中止。
至正八年，台州黄岩民方国珍被蔡乱头、王伏之逼得入海为寇，劫掠海运粮食，捕俘海道千户德流于实。此事上报朝廷，诏令江浙参政朵儿只班统领水军追捕。追至福州五虎门，方国珍知事情危急，焚舟准备逃跑。但这时官军却自相惊怕溃散，朵儿只班反被方国珍所捕。国珍迫使朵儿只班上书朝廷招安。朝廷答应，并授国珍兄弟为官。国珍不肯赴任，且其势力更加横暴。至正九年，诏令泰不华去调查实情。泰不华把事情查实之后，上书献招安之策，但朝廷未采纳。不久，任泰不华为江东廉访使，后改任翰林侍读学士、知制诰同修国史。不久出任都水庸田使。
十年十二月，方国珍再度入海为寇，烧掠沿海州郡。十一年二月，诏令孛罗帖木儿为江浙行省左丞，统兵至庆元。因泰不华熟知方国珍情形，故调他任浙东道宣慰使都元帅，领兵于温州与孛罗帖木儿夹攻方国珍。国珍攻温州，泰不华用火筏焚烧方国珍的船只，方国珍连夜逃走。不久，孛罗帖木儿密与泰不华约定于六月十八日合兵进讨，孛罗帖木儿于六月十五日先期至大闾洋，国珍夜间率劲兵纵火，杀声连天，官军不战皆溃，赴水淹死者过半数，孛罗帖木儿也被捕。泰不华闻讯痛恨不已，至数日不食。朝廷还不知道，又派大司农达识帖木迩等到黄岩来招安。方国珍兄弟皆上岸拜见朝廷使者。当晚，中秋月明，泰不华欲命壮士袭杀方国珍兄弟，达识帖木迩恰在此夜来泰不华处，泰不华向他说明秘密袭杀方氏兄弟的计划。达识帖木迩说“：我是奉诏来招降的，你要自行其是吗？”因此袭杀之事就不进行了。命泰不华亲至海滨，解散国珍的兵卒，没收他们海船和兵器，国珍兄弟各授官职。泰不华调任台州路达鲁花赤。
至正十二年，朝廷征徐州，命江浙行省募水军守大江。国珍怀疑是针对他们的，再叛元入海。泰不华表示甘愿以死报国，发兵扼守黄岩之澄江，另派义士王大用去方国珍那里表示信义，劝他们归降。国珍更加怀疑，扣留了王大用，派小船二百只袭击海门，入州港，进犯马鞍山等地。泰不华对众人说：“我本一书生，显任要职，真怕所学不能用。今守海隅，贼降叛无常，请大家助我剿捕，胜是众之功，若败我以死报国。”大家都表示愿随他出兵征剿。泰不华率水军乘潮进军，与方国珍大战，阵亡，年四十九岁。这是正至十二年三月间的事。
泰不华殉难，朝廷尚不得而知，仍授他为江浙行省参知政事、行台州路达鲁花赤事。至正十五年，追赠荣禄大夫、江浙行省平章政事、柱国，封魏国公，谥忠介，在台州为之立庙纪念，赐匾额《崇节》。
泰不华注重气节，不随俗沉浮。太平为台臣被弹劾而罢相，泰不华为之饯行，送至都门外。太平劝他止步，不要为他受牵连。泰不华说：“士为知己死，还怕什么祸吗！”后虽被当时的宰相排斥，但人们没有说他的不是。他善写篆书隶书，其字温润苍劲。曾重纂《复古编》十卷，根据经史考证讹字。