1919年12月，田在艺出生在陕西省渭南县农村一个普通小学教员的家庭。受父亲的熏陶，他从小就聪敏好学，深得家人和老师的喜爱。读中学一年级时，学校来了一位年轻的地理教员，由于他原本学地质，因此经常带学生们到郊外山上看地质现象，讲解“岩石、地层、褶皱”等地质知识。田在艺从此对地质产生了浓厚的兴趣。
1939年9月，田在艺以优异的成绩考入西北大学理学院地质地理系。1940年9月他转入重庆中央大学理学院地质系学习。1945年夏天，资源委员会甘肃油矿局玉门油矿矿长严爽专程到重庆招聘技术人员。刚刚取得重庆中央大学理学院地质系学士学位的田在艺，听到这个消息后，怀着开发石油支援抗战的满腔爱国热忱，主动报名要求到玉门油矿工作。
玉门油矿位于甘肃腹地，千里戈壁，渺无人烟，狂风一起，昼夜不辨，真是“鸟飞绝、人踪灭”。如此恶劣的环境，田在艺作为西北人，早有耳闻，何以又毅然前往？在一次回忆中他道出了原委：“我中学时代就萌生了为国家找矿的思想，毕业时正值抗战时期，国家需油甚急。玉门油矿在当时意义非凡。明知那里条件艰苦，但我只有一个念头：哪里有油哪里去！”寥寥数语，蕴含了一个爱国青年对国家对事业的深厚情感。9月，田在艺和他的同学李德生、张传淦一行三人，搭乘卡车北上，自重庆到达玉门油矿。
田在艺报到后，很快就随玉门油矿创建人孙健初等人进行野外地质调查。前后近一年时间，他跑遍了六盘山的所有地质露头，并调查了陕西彬县油母页岩地质。然而，他和同事们找到的储油构造无一被开发。残酷的事实粉碎了他“科学救国”梦。1949年8月，人民解放军进驻兰州，西北地区相继解放。一心为民的共产党使田在艺看到了祖国的希望，他立志要为新中国的石油工业贡献毕生的精力。
田在艺从事石油地质工作的前10年，为获得第一手资料，他深入现场，精心研究地质构造和油田规律，几乎走遍了甘、青、宁、陕的山山水水。在那“祁连山下草，寂寞少人烟”的荒山野岭、戈壁沙漠中，夏日里骄阳似火，干热如蒸；夕阳西下，寒风又夹着雪花飞舞，浑身寒彻。骆驼、毛驴是他们的交通工具，帐篷、蒙古包是他们的宿营地。他们每日早出晚归，爬山越岭，趟水过河，有时暴风雨来临，也坚持工作，争取时间完成任务。
1955年3月田在艺任新疆石油管理局地调处总地质师。虽然身处领导岗位，但他深知自己对新疆的地质情况不甚熟悉，便一头扎进资料室，认真研读了五年来中苏石油公司在新疆地质调查的主要报告，在短时间内对新疆地区的区域地质和石油地质情况有了较为全面的了解。5月初，田在艺和苏联专家潘切列耶夫到当时“没有草、没有水、连鸟儿都不飞”的克拉玛依去作野外地质调查。他们一起翻山越岭，详细观察地质现象和油气苗，不时地敲下一块块岩石和油砂样品，并仔细贴上标签，到休息地时已满满一大包。通过这次调查，并结合大量物探资料的深入分析和研究，他坚信克拉玛依油源丰富并有较好的储油构造。勘探会上，他支持在克拉玛依钻探的建议。1955年6月，茫茫戈壁中竖起了井架。7月，一号井开钻……
新中国石油发展史上有重要历史意义的一天来临了。1955年10月29日，黑色原油从地下喷涌而出，有如脱缰的野马，挣脱了万古荒原的束缚。它驱散了笼罩在克拉玛依上空的严寒，昭示着一个大油田的诞生——这可是新中国发现的第一个大油田啊！
按照上级的决定，在车排子至乌尔禾一带部署了10条大剖面，以期尽快拿下大油田。田在艺参加了具体研究。随着勘探的深入，发现不整合下面存在克－乌大断裂，但苏联专家有不同看法，他们认为断层会阻挡油气运移，不能解释大油气田的形成。田在艺同中国一些专家以野外现场多次地质调查为依据，认为断层是存在的，油气运移不仅通过不整合面，断层也会是主要的通道，后来的实践证实了这个观点。这一认识扩大了克拉玛依油田的勘探领域，具有理论和实践意义。
为了在塔里木盆地找到大油田，按照上级决定，他还组织地质队前往南疆库鲁克塔克山、天山、昆仑山、阿尔金山、塔西南坳陷、库车坳陷等地区进行地面地质调查，为以后的油气勘探奠定了基础。
北疆盛夏一个炎热的午后，田在艺备好野外地质的“三件法宝”，又开始了踏勘的征程。嘎斯69越野吉普车拖着漫天的黄尘在疾驰。尽管车窗关得严严实实，田在艺的眼窝里、鼻孔里、耳朵里。甚至嘴里，还是灌满了沙尘。干裂的嘴唇已渗出丝丝血迹，灼热还在毫不留情地蒸发着他体内的水分。他口干舌燥，头晕目眩。在一个急转弯的沟口，汽车前轱辘突然脱离了底盘，箭一般冲出去，而失去控制和依托的车身也在同一刻突然改了方向，翻入沟内。田在艺顿时失去了知觉。清醒过来时，他感到脊椎骨疼痛钻心，这时才知道，背部受了伤。
多年的野外地质调查和油田勘探实践，田在艺积累了大量第一手资料，他对中国的油气远景越来越有信心。从20世纪20年代到50年代，英美的书籍杂志上关于“中国贫油论”的文章比比皆是，什么汤姆生、富勒、布莱克威尔德、希洛埃等等都曾下过这样的断语。潘钟祥1941年提出“陆相生油说”，认为中国油气资源丰富但拿不出证据。田在艺到玉门后不久就开始思索这个问题。待踏遍了西北地区的山山水水以后，脑子里逐渐有了一个完整的思路。但他不满足于西北，还查阅了四川、松辽、羌塘等许多盆地的资料。1960年底，田在艺发表了三万字的论文《中国陆相地层的生油和在陆相地层中找油》，文中一系列论断在学术界和油气勘探中产生了深远的影响。
他大胆提出“盆地长期下沉、沉积巨厚、潮湿气候、封闭深水盆地、还原介质水域”是陆相生油岩沉积的必要条件。这一陆相生油岩的沉积模式和构造环境的提出，从理论上科学地、有力地驳斥了陆相贫油论。长期以来，地质家认为陆相地层中生油岩不易堆积和保存。虽然四五十年代在中国发现了陆相生油岩。但并未能从理论上进行合理解释。田在艺这一论断推动了陆相生油理论的发展。
他还对准噶尔、塔里木、吐哈、柴达木、酒泉、潮水、鄂尔多斯、华北、松辽、四川、江汉等18个中国主要沉积盆地的陆相生油岩及其沉积环境进行了全面剖析，对中国陆相地层中油气资源进行具体评价和科学预测。
50年代，中外地质学家已逐渐承认陆相生油的事实，但在石油地质理论上对陆相地层中油气如何生成、运移、聚集等方面仍是一个空白的领域。田在艺基于多年来丰富的油气勘探实践，从生油层、储油层、油气运移、聚集、圈闭构造到油藏形成等方面进行了比较系统完整的论述，提出盆地形成是受大地构造、沉积环境和沉积物的控制；生油深凹陷及其邻区是找油的有利地带：油气的聚集是从盆地深凹陷向隆起运移等盆地成油论。这些论述为油气勘探提供了科学的理论依据，丰富了我国石油地质理论。
此外，他在我国较早地运用“含油气盆地”概念，将湿润气候列入含油盆地分析的重要内容，并进行深入的含油气沉积盆地分析。中科院院士郭令智教授称他“是国内较早提出含油气盆地论的学者”。20世纪50年代，国际上对于“含油气盆地”和“含油气省”用语争论不休。田在艺于20世纪50年代晚期在我国运用“含油气盆地”这一概念，提出“应在生油岩系沉积环境的整个盆地里，寻找储油构造”。强调对沉积盆地进行整体分析研究，从而推动了含油气盆地理论在我国的应用和发展。田在艺提出的“长期沉降、沉积巨厚、湿润气候、封闭的深水盆地、还原介质水域”有利于陆相生油岩沉积和保存的论断，成为陆相含油气盆地中烃源岩沉积背景分析的重要组成部分。
1960年2月，松辽石油大会战揭开了序幕。田在艺积极响应组织的召唤，春节刚过，他便举家从风雪交加的西部边陲乌鲁木齐迁往千里冰封的东北荒原，出任地调处处长兼总地质师，带领地震队在26万平方公里的松辽大地上勘察储油构造，寻找更多的油田
1961年5月，田在艺被任命为大庆油田勘探指挥部副指挥兼总地质师，肩负着行政、业务两副重担。从地震部署、施工、资料解释到钻井设计、复杂问题的处理，他都要参与组织、策划、解决，常常是通宵达旦地工作。
汗水没有白流，辛劳终有收获。几年里，大庆外围陆续发现了许多油田，1963年，大庆油田已经初具规模。为了总结几年来找油实践获得的新的认识，田在艺组织地质研究大队和地质处的同志一起进行讨论、分析、研究，最后系统地总结出生、储、盖、运、圈、保等有机匹配的成油地质规律。由于田在艺总结我国陆相含油气盆地找油经验及在大庆油田油气勘探中做出了重要贡献，1982年获国家级自然科学一等奖。
1963年冬天，田在艺转战到华北平原，参加大港油田的会战。1966年，他奉命南下投入了江汉石油会战。1972年3月，他奉调吉林油田，担任吉林油田的副指挥兼总地质师。1980，任北京石油勘探开发科学研究院副院长和总地质师。十几年来，田在艺辛勤耕耘，潜心研究，取得了一系列突出的学术成果。30多年来，田在艺从西北到东北，从华北到华中，踏遍青山，穿越荒漠，始终实践着自己的诺言：“哪里有油哪里去。
油气资源评价现今已成为油气勘探必不可少的组成部分和重要基础。1981年，在田在艺及石油系统其他同志的倡导下，原石油工业部决定设立“六五”国家重大科技攻关项目，对我国油气资源进行全面评价和预测。田在艺领导、组织和协调石油系统23个油田、研究院（所）等单位，840多名科技关人员，运用国内外先进地质理论、方法和技术，系统、定量、全面地研究全国各大油气区的勘探成果，进行了全国首次资源评价工作。其成果成为编制国家“七五”石油工业发展规划及制定2000年发展战略的重要依据，在我国油气勘探中发挥了重要作用。“六五”期间我国石油工业新增地质储量达30亿吨，开辟了很多新领域，获得了大量发现，是我国油气勘探发展史上最好的时期之一。该研究成果1989年获国家科技进步一等奖。
80年代中期，田在艺在担任中国石油学会石油地质委员会主任期间，在组织学术活动中，主编“石油地质进展从书”5册，将盆地划分为裂陷型、聚敛型、走滑型和克拉通型4种构造环境16种亚类；将油气藏划分为5类26亚类；提出含油气盆地形成的9大控制因素匹配论。上述成果指导了生产，进一步发展了陆相油气形成理论和油气圈闭理论，1988年获部级科技进步3等奖。
由于他参与了各油区的勘探开发工作，在石油地质学、构造地质学、沉积学、陆相盆地成油理论、油气藏地质学等方面有较深入的研究，有一系列的研究成果，1989年获首届李四光地质科学研究者奖。1991年获政府特殊津贴。
10多年来，田在艺共发表论文80余篇，专著2部，主编学术著作6部，累计近300万字。近50万字的《中国含油气沉积盆地论》一书，“是国内第一部全面论述含油气沉积盆地同时论及盆地分析原理方法的系统专著”（中科院院士王鸿祯语，1996）。该书阐述了田在艺50年代以来一贯倡导的“盆地论”的学术思想，强调了整体概念上的盆地分析；成功地将成油气系统理论引入含油气盆地分析，提出了沉积盆地控制油气生成与赋存的九大因素和含油气盆地分析的十项内容，并对我国各主要含油气盆地进行了实例剖析。中国石油天然气总公司原总经理王涛在该书的序言中说：“这本专著反映了现代油气地质学的发展，具有较高的理论水平和学术价值……对当前和今后的油气勘探实践都有指导作用”。
长期以来，我国地质学家在岩相古地理研究中取得了显著的成绩，但生油岩的沉积受大地构造环境和古气候的严格控制，即带有很强的区域性，如何运用大地构造学、含油气盆地地质学、古气候学对我国各时代沉积层系的岩相古地理进行油气分析研究则是国内沉积学的薄弱环节。田在艺在80年代中期就对此给予极大重视，陆续发表了中新生代各层系及石炭系的岩相古地理与油气的文章；90年代，经过扎实、细致的研究，完成了近40万字的《中国含油气盆地岩相古地理与油气》一书。该书运用含油气盆地论的观点，对沉积环境、大地构造环境、多旋回含油气盆地、古气候等诸因素对各时代沉积岩的形成、演化及油气生成、成藏等方面的控制和影响进行了全面、系统的论述；同时明确地指出我国油气勘探的领域，指明油气勘探的新领域和老油区的潜力所在。这部专著丰富了油区岩相古地理学，推动了沉积学的发展，对我国的海、陆相油气勘探，具有较大的指导作用。
田在艺在科研和著述方面取得了很多成果，在培养人才方面付出了很多的心血，1985年以来，已带出10名硕士研究生。1997年当选为中国科学院院士。2015年3月3日在北京逝世，享年96岁。