天正（1573）、刈谷城主水野信元の子として生まれ（家康の庶子と言う説もある）、土井利昌の養子として成長した。幼名松千代、甚三郎。

幼い時より、徳川家康に近侍したという。天正７年（1579）二代将軍秀忠誕生にともない付属、側近となる。天正19年（1591）、千石知行（せんごくちぎょう）となる。

慶長5年（1600）、会津の上杉景勝征伐の秀忠に供奉。使番を務める。

慶長7年（1602）、下総国小見川１万石、慶長１5年（1610）、下総国佐倉３万２千石余に移封。

慶長17年（1612）、この頃、秀忠の使いとしてしばしば駿府に赴き、密談に列する。また、国政に関与しないことがないといわれる。家康より金1000両、加増され４万5千石。慶長19年（1614）大坂冬の陣を前につかいとして駿府に。秀忠と家康双方の伝達役となる。秀忠、江戸出発に供奉。四番隊の将として軍団一万を預かる。

冬夏の両陣とも、秀忠のもと左軍大将を勤める。元和元年（1615）、江戸帰還後６万５千石余に加増。

元和２年（1616）、家康薨御、久能山へ葬る時、秀忠名代として参列。寛永２年（1625）、執事職となり、５万石加増、都合14万２千石となる。寛永９年（1632）三代将軍家光に仕える。寛永10年（1633）、佐倉城主をあらため、１万８千石加増１６万石下総国古河城主、老中となり幕政に参与、寛永15年（1838）大老となる。従四位大炊頭。明敏で知略に富む性格から一身に信頼を集め、智の大老といわれた。正保元年（1644）没。