Troels Herlin blev student fra Duborg Skole, Flensborg, i 1971. I 1979 tog han lægeeksamen fra Aarhus Universitet, og fire år senere forsvarede han sin doktordisputats om reguleringen af de hvide blodlegemers funktion ved astmaeksem og psoriasis (’The Role of Cyclic Amp during Phagacytosis and Cytotoxity Mediated by Neutrophils and Monocytes’). Han blev specialist i børnesygdomme i 1988. Efter udlandsophold på Hospital for Sick Children, Toronto, Canada, i 1990 etablerede han Vestdansk Center for børnereumatologi ved børneafdelingen, Aarhus Universitetshospital, i 1991. Troels Herlin blev overlæge på Børneafdelingen, Aarhus Universitetshospital, i 1992, og senere klinisk professor i børnereumatologi ved Aarhus Universitetshospital fra 2006. Troels Herlin medvirkede til oprettelsen af Dansk Børnereumatologisk Selskab, og han var selskabets formand 2006-2012 . Han var tillige medlem af Gigtforeningens Forskningsråd 1993-2001 og modtog Dronning Ingrids Forskerpris 2001. Troels Herlin har skrevet videnskabelige artikler og lærebogskapitler primært omhandlende studier af børneleddegigt, gigtsmerter, og bindevævssygdomme.