Tarmo Oja föddes 1934 i Tallinn och kom som nioårig estnisk flykting med sin familj i båt över Östersjön. Han gick i skola i Uppsala och läste sedan vid Uppsala universitet och disputerade där i astronomi 1966 på en avhandling om vintergatan i Cassiopeia. Han blev docent och sedermera professor i astronomi och föreståndare 1970-1999 för Uppsala universitets observatorium i Kvistaberg, Bro.
Tarmo Ojas forskning har i första hand rört vintergatans uppbyggnad, som han studerade med fotometriska och spektrografiska metoder som han medverkade till att utveckla. Han var engagerad i ett omfattade projekt för att undersöka masstätheten i solens omgivning och fördelningen av stjärnor i riktning rakt upp ifrån Vintergatans plan. Han var en av seklets stora upptäckter på spåren, den om existensen av mörk materia i universum.
Tarmo Oja gjorde en plikttrogen insats som föreståndare vid Kvistabergobservatoriet där han själv observerade på klara nätter och medverkade till att generationer av unga astronomer fick utbildning i praktisk astronomi. Under en period var han också prefekt vid Astronomiska observatoriet i Uppsala. Dessutom tjänstgjorde han i perioder som astronom vid det Nordiska Optiska teleskopet (NOT) på Kanarieön La Palma, och bidrog till att det blev ett huvudinstrument för nordisk astronomi från 1989.
Som akademisk lärare var Oja föredömlig: noga förberedd, välgenomtänkt, klar och pedagogisk, med en stillsam uppmuntrande humor. Behållningen av hans föreläsningar ökade genom hans briljanta klassiska svenska, förvärvad genom noggranna studier i ungdomen av det främmande språket. Att arbeta på nätterna vid teleskopet tillsammans med honom var en fröjd: hans extraordinära detaljminne av stjärnhimlen underlättade och hans lättsamma sinne höll observatörerna vakna och på gott humör.
Tarmo Ojas forskning förutsatte ett omfattade insamlande av data för många tusen stjärnor. Han var rätt person för en sådan uppgift. Vid sidan av astronomin hade han också filateli som ett intresse från pojkåren genom hela livet.