Tolgfors föddes i Forshaga, som son till Sture och Anna Brita Kajsa Tolgfors, men är uppvuxen i Åmål och bosatt i Örebro. Han innehar en filosofie kandidatexamen i statskunskap från Högskolan i Örebro, och har en bakgrund inom Röda Korset. Inom kommunalpolitiken har han suttit i Örebros kommunfullmäktige 1991-1994. Han var politiskt sakkunnig i Försvarsdepartementet 1992-1993 och i Näringsdepartementet 1993-1994.
Som riksdagsledamot har han varit ledamot av Utrikesutskottet och Näringsutskottet 1994–1998. Därefter har han varit ledamot av Utbildningsutskottet 1998–2002 och 2003-2006 samt i Socialförsäkringsutskottet 2002-2003. Sedan 2003 är han ledamot i Moderaternas partistyrelse. Åren 2002–2003 var han moderaternas flyktingpolitiske talesman och var därefter partiets skolpolitiske företrädare 2003–2006. Under en kort period efter riksdagsvalet 2006, innan han utsågs till handelsminister, var Tolgfors ordförande i Utrikesutskottet.