Théotime Voisin raakte op vijfjarige leeftijd geïnteresseerd in de contrabas dankzij de basaanvoerder van het Montpellier National Orchestra, Jean Ané. Vanaf zijn vijftiende studeerde hij bij Bernard Cazauran aan het Conservatoire National Supérieur de Musique de Lyon, waar hij cum laude afstudeerde. Nadat hij zes jaar achtereen in het European Union Youth Orchestra had gespeeld, werd Théotime Voisin al gauw een veelgevraagd gastspeler bij Franse orkesten. Zijn studie vervolgde hij bij Alberto Bocini aan de muziekhogeschool van Genève, waar hij met de hoogste eer als soloinstrumentalist afstudeerde. Daarna studeerde hij verder aan de Hochschule der Künste in Bern en bij Božo Paradžik aan de Musikhochschule Freiburg.
Théotime Voisin won meerdere prijzen, waaronder de Valentino Bucchi-competitie in Rome (2008), het internationale concours voor jonge musici van het Festival d'Automne in Parijs (2010), het contrabasconcours Johann Matthias Sperger (2010), het internationale contrabascouncours van de International Society of Bassists in San Francisco (2011) en de solobascompetitie 2012 in Kopenhagen.
Théotime Voisin wordt regelmatig uitgenodigd als solist bij orkesten en voor recitals en trad in kamermuziekverband op met ensembles in Frankrijk en elders, zoals het Lemanic Modern Ensemble in Genève en het Ensemble intercontemporain. In oktober 2011 organiseerde hij een benefiettournee door Ecuador ten behoeve van kinderen met kanker. In Ecuador gaf hij masterclasses aan diverse conservatoria en werkte hij samen met de populaire zanger Hernan Sotomayor.
In 2013 kwam zijn cd Contre-jour, Musica francese al Contrabbasso uit op het Italiaanse label NBB records.
Théotime Voisin bespeelt een bas van de Franse strijkinstrumentenbouwer Jean Auray.
Théotime Voisin is plaatsvervangend solocontrabassist bij het Concertgebouworkest sinds oktober 2016. Voorheen was hij een seizoen gastaanvoerder van de contrabassen in het Orchestre de la Suisse Romande en – in het seizoen 2016/2017 – solobassist van het Orchestre National du Capitole de Toulouse.