Tyra Kleen var konstnär, författare och kosmopolit. Hennes konst omfattar jugend och symbolistiska motiv, färgstarka bilder av dansare och ceremoniella handrörelser och även porträtt.
Tyra Kleen föddes 1874 som yngsta barnet av tre till den svenske diplomaten Richard Kleen och hans hustru Amalia. Familjen reste mycket när Tyra Kleen växte upp och därigenom kom hon i kontakt med olika kulturer och lärde sig flera språk. Hon var redan som liten intresserad av att teckna och måla och sin första konstnärliga skolning fick hon av sin mor och farmor.
Tyra Kleen gick inte på någon konstskola i Sverige. I stället skickades hon vid 16 års ålder till Dresden och därefter till Malerinnenschule i Karlsruhe för studier i teckning och måleri. Därefter fortsatte hon sina konststudier i München och sedan Paris. Under sina tre år i Paris, 1895–1898, studerade hon vid Académie Colarossi, Académie Julian, Académie Delécluse och Académie Vitti. Hon beskriver undervisningen vid akademierna mycket entusiastiskt i brev hem till familjen och i sina dagböcker. I Paris blev Tyra Kleen inspirerad av tidens fin de siècle-stämning, teosofiska filosofer och poeter, och hon skapade symbolistiska verk som illustrerade dikter av Charles Baudelaire, Edgar Allan Poe, Maurice Maeterlinck med flera.
Efter åren i Paris spenderade Tyra Kleen en kort tid i Stockholm innan hon 1898 reste vidare till Rom där hon stannade i nära tio år. Hon var mycket produktiv under sina år i Rom och hon skapade då några av sina viktigaste symbolistiska verk. Hon har beskrivit i sin dagbok hur hon ristade i litografistenar och därefter skickade stenarna till tryck. Hon ställde regelbundet ut sina verk i Rom och i europeiska städer som Paris, London, Berlin, Wien, S:t Petersburg och Stockholm. Under sin tid i Rom var Tyra Kleen också mycket socialt aktiv, hon träffade många vänner och konstnärskollegor och gick på middagar och på visiter. Hon gick även på konserter, operor och teatrar och reste till London och Paris och till andra städer runt om i Italien och kring Medelhavet. Hela tiden tecknade hon och skrev dagbok. Hon var också intresserad av teosofi och medlem i en teosofisk förening i Rom. Tack vare sina resor och vistelser utomlands hade Tyra Kleen en stor bekantskapskrets i Sverige och i Europa. Ellen Key var både en god vän och en förebild för Tyra Kleen, som läste hennes böcker och brukade hjälpa Ellen Key att dela ut pamfletter. Tyra Kleen umgicks med kulturpersonligheter som Ottilia Adelborg, makarna Zorn, Carl och Karin Larsson, Anna Maria Roos, Carl Milles, J.A.G. Acke, Carl Eldh, Gerda Sprinchorn och Ellen von Platen med flera.
Efter tiden i Rom, år 1907, letade Tyra Kleen efter en tomt nära Stockholm för att bygga en bostad. Hon besökte Stocksund och Rönninge med flera platser innan hon bestämde sig för en strandtomt på Lidingö, där hon lät bygga Villa Brevik 1908, ett stort hus med takterrass och ateljé med mycket ljusinsläpp och platsbyggda podier.
På grund av den manliga dominansen i konstlivet vid sekelskiftet 1900 var det svårt för kvinnliga konstnärer att ställa ut sina verk. Som motvikt bildades därför Föreningen Svenska Konstnärinnor i Stockholm år 1911. Tyra Kleen var en av grundarna och hon ställde ut verk vid föreningens första utställning på Konstakademien 1910. Året därpå begav sig Tyra Kleen tillsammans med sin väninna Ellen von Platen till Ceylon där de reste runt under tre månaders tid. Hon beskrev resan i sin dagbok och berättade i brev hem till familjen om hur hon bodde på tågstationer under enkla förhållanden. Sina reseminnen publicerade hon samma år i boken Strövtåg i Orienten.
Tyra Kleen besökte USA och Västindien 1916–1917 och ställde ut sin konst i New York i samband med resan. År 1919 reste hon på egen hand till Java och Bali i Indonesien där hon stannade fram till 1921. Hon målade dansarna vid hovet och i templen och de balinesiska och javanesiska prästernas ceremoniella handrörelser, "mudras". Hon fotograferade också vid sina utflykter i djungeln och hon hade med sig en stor koffert med sina egna verk, som hon passade på att ställa ut där hon hade möjlighet. Väl hemma igen hade Tyra Kleen material för både utställningar och böcker. Hon ställde ut sina bilder från Java och Bali på Victoria and Albert Museum i London 1923. Året därpå visades utställningen på Liljevalchs konsthall i Stockholm. Tyra Kleen gav också ut fem böcker baserade på skisser, teckningar och insamlat material från resan till Java och Bali. Ni-Si-Pleng: en historia om svarta barn, berättad och ritad för vita barn publicerades 1924. Tempeldanser på Bali gavs ut 1936 och Wajang 1937. Tyra Kleen skrev också artiklar om resan och höll flera föreläsningar. Hon belönades år 1938 med Johan August Wahlbergs medalj i silver för att hon, genom sitt arbete och ”framstående insatser främjat de antroposofiska och geografiska vetenskaperna”.
Tyra Kleen fortsatte hela sitt liv att resa, skriva och teckna. Hon gav ut boken Solens son 1946 med inspiration, material och bilder från sin resa till Egypten och Grekland 1925–1926. Men när 1930-talets modernism stod för dörren verkar intresset för Tyra Kleens färgstarka bilder och uttrycksfulla jugendverk ha försvunnit. Tyra Kleen målade även ett flertal porträtt, självporträtt och landskap. Hon var en mångsidig konstnär; hon tecknade, målade i olja och akvarell och arbetade grafiskt och fotograferade. I och med att hon fick sin konstnärliga skolning utomlands och även levde och verkade i Paris och i Rom under stora delar av sitt liv, har hon en unik symbolistisk stil som inte finns hos någon annan svensk konstnär.
Redan som liten hade Tyra Kleen skrivit och illustrerat egna berättelser, något som hon fortsatte med som vuxen då hon skrev och illustrerade reseskildringar, symbolistiska sagor och berättelser och även illustrerade andras verk. År 1896, när Tyra Kleen var 22 år, illustrerade hon boken Dreams av den sydafrikanska författaren Olive Schreiner. Boken översattes till svenska (Drömmar) av Tyra Kleens syster Ingeborg. Några år senare, år 1900, skrev hon den delvis självbiografiska Lek: från Roms bohême-värld och ett par år senare den symbolistiska berättelsen En psykesaga som hon illustrerade med själfulla bilder. Hon illustrerade även Viktor Rydbergs Den nya Grottesången 1901 för tidskriften Ord och Bild, och den norske författaren Maons Lies Dødens varsel med uttrycksfulla symbolistiska bilder.
Tyra Kleen gifte sig aldrig och hon fick inga barn. När hon var i 20-års åldern och studerade konst i Frankrike förlovade hon sig med sin konstlärare från USA, Max Bohm. Hon valde dock att bryta förlovningen efter en kort tid. Hon testamenterade sin bostad och sin konstnärliga kvarlåtenskap till Riddarhuset. Enligt testamentet skulle fastigheten hyras ut som bostad och ateljé åt kvinnliga konstnärer. Bostaden såldes på 1970-talet.
Tyra Kleen föreskrev i sitt testamente att det efterlämnade materialet i samlingen inte fick visas offentligt förrän 50 år efter hennes död. Samlingen, som togs fram 2001, består av målningar, teckningar, skisser, tryck, litteratur och föremål men även av 60 års dagboksanteckningar och korrespondens. Där finns även fotografier som Tyra Kleen tagit vid sina utlandsresor. Samlingen förvaras idag (2017) på Valinge gård i Södermanland, som också var Tyra Kleens barndomshem.
Tyra Kleen dog i Lidingö 1951.