Timoteo Pérez Rubio nace en Oliva de la Frontera (Badajoz). Comienza sus estudios de pintura gracias a la beca del Ayuntamiento de su pueblo que le permite estudiar en la Escuela de Artes y Oficios de Badajoz, posteriormente, lo hará en la Escuela de Bellas Artes de San Fernando de Madrid. La década de los años veinte y treinta se centran en la participación en las exposiciones nacionales de Bellas Artes, sobre todo, destaca la concesión en 1932 de la primera medalla por su obra Paisaje de Normandía.

A mediados de los veinte se encuentra en Roma pensionado por la Academia y realizando algunos viajes por París y Normandía. Su pintura adquiere los ecos del cubismo y del realismo mágico.

La trayectoria artística de Pérez Rubio adquirió relieve en los años treinta. En 1931 es nombrado subdirector  del Museo de Arte Moderno de Madrid. Al año siguiente, firma el manifiesto de la Sociedad de Artistas Ibéricos, participa en sus muestras de Copenhague, Berlín y París y trabaja en el comité de su revista Arte.

Durante la guerra civil es uno de los fundadores de la Alianza de Intelectuales Antifascistas para la Defensa de la Cultura, es nombrado por el gobierno de la República presidente de la Junta Central del Tesoro Artístico Nacional y dirige las tareas de reagrupamiento de obras de arte procedentes de iglesias, museos, etc., protección de monumentos frente a los bombardeos y, sobre todo, la evacuación de centenares de obras procedentes del Museo del Prado, Palacio Real, El Escorial y otros museos e instituciones desde Madrid a Valencia

En 1939, se instaló de manera provisional en Ginebra, donde pintó y expuso su obra, y, posteriormente, en 1940, fijó su residencia en Brasil.

Timoteo Pérez Rubio murió en Río de Janeiro en 1977.