Вместе со своим братом Чагры-беком возглавлял сельджукское объединение кочевых огузов (туркмен). Первоначально служил в армии узбекского государства Караханидов, после разгрома которого закрепился в Хорезме. Оттуда в 1028 предпринял завоевание Мерва и Нишапура, где в 1038 короновался султаном. К этому времени его государство включало в себя также Бухару, Балх и Газни.

В 1040 году при Данденакане Тогрул-бек разгромил войско султана Масуда Газневи; между 1040 и 1055 завоевал Хорезм, большую часть Ирана, Азербайджан, Ирак; в 1049 начал завоевание Армении. В 1055 году захватил Багдад и до 1058 года правил Ираком. Аббасидский халиф ал-Каим был вынужден дать Тогрул-беку титул султана, а затем — «царя Востока и Запада».