Thoutmosis II est le fils du roi Thoutmosis I et d’une de ses épouses secondaires, Moutnéfert. Il est peut-être très jeune lorsqu’il succède à son père (une inscription – Urk. IV, 58, 15 – le qualifie de « faucon dans le nid »). Il épouse sa demi-sœur Hatshepsout, née de la grande épouse royale Ahmès, et qui est sans doute plus âgée que lui. Pendant son règne, Hatshepsout semble très présente, parée du titre d’épouse divine sur les monuments.  
 
La durée de règne du roi n’est pas établie avec certitude. Les abréviateurs de Manéthon donnent tous 13 ans, mais certains égyptologues estiment que c’est une erreur pour 3 ans, étant donné le peu de documents à son nom. 
 
Une stèle de Nubie, datée de l’an 1, témoigne d’une opération militaire en Nubie, à laquelle le roi n’aurait pas participé. Ahmès Pennekhbet aurait aussi participé à une opération contre les Shasou à son époque (Urk. IV, 36, 12-14). 
 
Le roi a fait bâtir à Karnak (notamment deux obélisques, abattus plus tard lors de la construction du IIIe pylône), à Eléphantine, Semna, Koumma et Napata. Cependant, un certain nombre de ses constructions datent du règne d’Hatshepsout, et le nom de Thoutmosis II y a été gravé par dessus le cartouche de la reine après la disgrâce historique de celle-ci. 
 
Sa tombe n’a pas été retrouvée, mais une momie à son nom a été découverte dans la cachette de Deir el-Bahari. L’autopsie donne un âge d’une trentaine d’année, ce qui tendrait à plutôt favoriser l’hypothèse de 13 années de règne, si toutefois cette momie est bien celle du roi et si cette autopsie est fiable. 
 
Il est succédé par son fils Thoutmosis III, qu’il a eu d’une concubine, Isis. Celui-ci est cependant trop jeune pour régner, et c’est Hatshepsout qui exerce la régence jusqu’à l’an 22.