Лауреат Государственной премии РСФСР им. К.С. Станиславского (1981). Награжден орденом Отечественной войны II ст. (1985).
Жена — актриса Татьяна Федоровна Николаева, брат — композитор Виктор Константинович Томилин.
В 1940 поступил в Ленинградский государственный театральный институт, летом 1941 ушел на фронт, воевал на Ленинградском фронте в составе Первой Кировской дивизии народного ополчения, сформированной из рабочих Кировского завода. Был тяжело ранен.
В АТ был принят в конце 1943 в Новосибирске во время эвакуации. Выходил в массовых сценах.
Окончил в 1946 ЛГТИ (класс Б.П. Петровых).
В 1946–1948 работал режиссером и актером в Новосибирском молодежном театре, затем служил в Тюменском драматическом театре, новосибирском ТЮЗе, Бийском драматическом театре. Создатель и главный режиссер Барнаульского краевого ТЮЗа (1958–1962). С 1962 в Русском драматическом театре в Ленинабаде, в Театре Краснознаменного Дальневосточного военного округа.
В 1976–1984 гл. режиссер Мичуринского драматического театра. Среди постановок спектакль «Первый винокур», «Тамбовская казначейша», «Белый пожар», «Теркин на том свете» и др. В 1984–1990 — главный режиссер созданного им народного театра при Плодоовощном институте им. И.В. Мичурина.
Автор пьес «Шелковая кисточка», «Два Петра», инсценировок по поэмам А. Твардовского, сказкам К. Чуковского, стихам Е. Баратынского. В 1992 написал и поставил композицию «За меня потоки и потомки» (по материалам переписки М. Цветаевой с Б. Пастернаком и Р. Рильке), в 1993 — композицию «Я никуда отсюда не уеду» по мотивам стихов и прозы местных авторов.
Лит.: СПбГАТИ СИ. С. 214; Серебряный В. Основатель // Мичуринская правда. 2002. 27 марта; Потапенко В. Режиссер Глеб Константинович Томилин. СПб., 2012; Андреев В. «Но соразмерностей прекрасных в душе носил он идеал...» // Мичуринская правда. 2016. 8 нояб.
Арх.: РГИСИ. Ф. 352. Оп. 1-с. Д. 62; АТ (Лицевые счета работников театра. 1943).
Спирина, С. Томилин Г.К. // Национальный драматический театр России. Александринский театр. Актеры, режиссеры : энциклопедия... — Санкт-Петербург : Балтийские сезоны, 2020. — С. 724.