1917年生於長野縣，畢業於日本中央大學法學系。在看過江戶川亂步所寫的隨筆「芭蕉一個人的問題」後深受感動，因而立志撰寫推理小說。

1949年，將自己的作品「『罪孽深重的死亡』之構圖」投稿至「寶石」雜誌所舉辦的百萬懸疑小說獎Ｃ級部門（短篇小說），獲得入圍優勝。

1958年第一部長篇小說「天狗面具」問世，而後又發表「天國太遠了」和被譽為名作的「危險的童話」。

1962年又以千草檢察官系列作品的第一作「影子的控訴」得到了日本推理作家協會獎。在那之後土屋先生繼續發表其系列作，如「血的組曲」「針的誘惑」「盲目的烏鴉」。

此系列作品最後以1989年的「不安的產聲」作結，同年獲選為文春週刊所推薦的十大懸疑小說作品中的第一位。

近期所發表的作品有「華麗的喪服」「聖惡女」等。

2001年，土屋先生得到第五回日本懸疑小說文學大獎的榮譽。作者目前以八十七歲的高齡，精力充沛地持續創作中。