ธีรวุฒิ บุตรศรีภูมิ เกิดเมื่อวันที่ 12 กันยายน พ.ศ. 2487 ที่จังหวัดนครราชสีมา สมรสกับนางสกุล บุตรศรีภูมิ มีบุตรชาย 3 คน ธีรวุฒิ บุตรศรีภูมิ สำเร็จการศึกษาจากโรงเรียนนายร้อยตำรวจ รุ่นที่ 20 รุ่นเดียวกันกับ สันต์ ศรุตานนท์ และสุนทร ซ้ายขวัญ และสำเร็จการศึกษาระดับปริญญาโท ด้านรัฐประศาสนศาสตร์ จากสถาบันบัณฑิตพัฒนบริหารศาสตร์ (นิด้า) นอกจากนี้ยังผ่านการอบรมหลักสูตรเอฟบีไอ จากประเทศสหรัฐอเมริกาอีกด้วย

ด้านชีวิตครอบครัวสมรสกับนางสกล บุตรศรีภูมิ (เสียชีวิต) มีบุตรด้วยกัน 3 คน คือ นายวิสุทธิ บุตรศรีภูมิ พ.ต.ท.วุฒิชาติ บุตรศรีภูมิ และนายวุฒิชัย บุตรศรีภูมิ (เสียชีวิต)