تیلرسون در سال ۱۹۷۰ از دبیرستان هانتسویل در هانتسویل، تگزاس فارغ‌التحصیل شد و کار خود را به عنوان مهندس شروع کرد. او دارای مدرک لیسانس مهندسی عمران از دانشگاه تگزاس در آستین است.
او در سال ۱۹۷۵ به اکسان پیوست و تا سال ۱۹۸۹ مدیر کل بخش تولید مرکز آمریکایی اکسان شده بود. در سال ۱۹۹۵ رئیس شرکت اکسان یمن و اسو اکسپلوریشن و پروداکشن کورات شد.
در سال ۲۰۰۶، به عنوان رئیس هیئت مدیره و مدیر عامل ارشد اجرایی اکسان، ششمین شرکت بزرگ جهان از لحاظ گردش مالی، انتخاب شد تیلرسون در ۳۱ دسامبر ۲۰۱۶ از مدیریت اکسان استعفا داد.
او از سال ۲۰۰۶ تا ۲۰۱۶ رئیس هیئت مدیره، و مدیر ارشد اجرایی شرکت اکسان‌موبیل بود.
در ۱۰ دسامبر ۲۰۱۶، رئیس جمهور منتخب دونالد ترامپ، تیلرسون را به عنوان گزینهٔ خود برای ۶۹مین وزیر امور خارجه ایالات متحده آمریکا انتخاب کرد.
رکس تیلرسون در اول فوریه سال دو هزار و هفده با کسب اکثریت آرای سنا به عنوان وزیر جدید خارجه آمریکا در دولت دونالد ترامپ انتخاب شد.
دونالد ترامپ، رئیس جمهور آمریکا سیزهم مارس ۲۰۱۸ در توییتر خود اعلام کرد که رکس تیلرسون، وزیر امور خارجه را از سمت خود برکنار کرده و مایک پمپئو، رئیس سازمان اطلاعات مرکزی آمریکا (سیا) را جایگزین او کرده است.