Theodor Sparkuhl débute comme chef opérateur dans son pays natal, sur trois films muets allemands sortis en 1916. L'un d'eux est Der G.m.b.H.-Tenor (de), réalisé et interprété par Ernst Lubitsch, qu'il retrouve à plusieurs reprises (ex. : Les Filles de Kohlhiesel en 1920, avec Henny Porten et Emil Jannings), jusqu'au départ du réalisateur pour les États-Unis, en 1922. Le dernier film de Lubitsch auquel il participe est Montmartre (avec Pola Negri et Alfred Abel), sorti en 1923 et en partie perdu. Durant sa première période allemande, qui s'achève en 1928 sur Crise (Abwege) de Georg Wilhelm Pabst (avec Brigitte Helm), il assiste également les réalisateurs Georg Jacoby, Richard Oswald, Lupu Pick et Arthur Robison, entre autres. Sur Der Henker (1928, avec Bernhard Goetzke), il est à la fois coréalisateur — unique expérience à ce titre — et directeur de la photographie.
En 1929-1930, il collabore au Royaume-Uni (deuxième période) à quelques films britanniques. Puis en 1930-1931, il travaille en France (troisième période) sur plusieurs films français, la plupart sortis en 1931 (les deux derniers, en 1932). Ainsi, on le retrouve notamment aux côtés de Robert Florey, sur Le Blanc et le Noir (1931, avec Fernandel et Raimu), ou encore de Jean Renoir, sur On purge bébé (1931, avec Marguerite Pierry, Jacques Louvigny et Michel Simon) et La Chienne (1931, avec Michel Simon, Janie Marese et Georges Flamant). Mais surtout, il est chef opérateur sur sept films de Marc Allégret, dont cinq courts métrages (trois avec Fernandel, notamment La Meilleure Bobonne en 1930).
Enfin, Theodor Sparkuhl émigre fin 19311 aux États-Unis, où il s'installe définitivement, et entame une quatrième et ultime période qui s'achève en 1946, à sa mort (son dernier film sort quasiment trois mois après). Parmi ses films américains — les trois premiers sortis en 1933 —, on compte particulièrement La Furie de l'or noir de Rouben Mamoulian (1937, avec Irene Dunne, Randolph Scott et Dorothy Lamour), Beau Geste de William A. Wellman (1939, avec Gary Cooper, Ray Milland et Robert Preston), Swing Romance d'Henry C. Potter (1940, avec Fred Astaire et Paulette Goddard), ou encore Du sang dans le soleil de Frank Lloyd (1945, avec James Cagney et Sylvia Sidney).
Durant sa carrière, il a été directeur de la photographie sur environ cent-quarante films, y compris des coproductions, comme Le Voyou, film germano-britannique de Graham Cutts (1925, avec Walter Rilla et Bernhard Goetzke, ainsi qu'Alfred Hitchcock dans l'équipe technique), ou Caravane, film franco-austro-américain d'Erik Charell (1934, avec Charles Boyer, Annabella et Pierre Brasseur).