玉昔帖木儿，博尔术之孙。受世祖宠爱，赐号“月吕鲁那演”，汉语“能官”之意。二十岁袭爵位，统按台部众。玉昔帖木儿器量宏大莫测。世祖闻其贤，召入朝廷，命主持宫廷膳食诸事。
至元十二年(1275)，拜为御史大夫。江南平定后，赐全州清湘县户为分地。至元二十四年，宗王乃颜叛，世祖躬亲讨伐，命玉昔帖木儿领兵先行。世祖至半途，玉昔帖木儿已击退敌军。数十天之间，三战三捷，僵尸遍野，俘乃颜献于朝廷。诏选车辆与骆驼一百头犒劳。玉昔帖木儿谢道：“皇上天威所临，如同风吹草伏一般，臣有何力能克敌制胜。”世祖还京，留玉昔帖木儿剿尽余党。玉昔帖木儿俘其酋金家奴，诛杀其同恶数人于军前。二十五年，乃颜余党哈丹秃鲁干复叛，玉昔帖木儿再次奉诏出师，与敌两战两捷，追及两河，敌众大受其挫，仓皇逃遁。时已严冬，玉昔帖木儿声言等开春后再进军，实际却疾速抄近道过黑龙江，捣其巢穴，杀戮殆尽，哈丹秃鲁干生死不明，毁其城，安抚其民而后还。诏赐内府七宝冠带以表彰其功，加太傅、开府仪同三司等职。又命他至杭海岭防守边境。至元二十九年(1292)，加录军国重事、知枢密院事，宗王帅臣都听命于他。特赐坐轿入朝。其地位和威望之高为廷臣所不及。
三十年，成宗以皇孙抚军北边，以玉昔帖木儿为辅臣。玉昔帖木儿奏请授皇孙以太子印，世祖允准。三十一年(1294)世祖崩，在商议立新天子之际，玉昔帖木儿对晋王甘麻剌说道“：皇上晏驾已经三月有余，皇位不可久虚，国家不可无主。目前太子玉玺既有所归，晋王为宗室诸王之长，怎可默不做声。”甘麻剌立刻说道：“皇帝登位，我等愿为效忠。”于是宗亲大臣共同劝成宗即位。玉昔帖木儿宣称：“大事已定，吾死而无憾！”于是皇孙成宗即帝位。玉昔帖木儿进秩太师，受赐尚方玉带宝服，还镇北边。
元贞元年(1295)冬，玉昔帖木儿为讨论边疆事入朝，皇帝皇后赐宴，并赐其妻秃忽鲁宴服及其珍宝。同年十一月玉昔帖木儿病卒。大德五年(1301)，诏赠宣忠同德弼亮功臣，依前任为太师、开府仪同三司、录军国重事、御史大夫，追封广平王，谥曰“贞宪”。子三人，长子木剌忽，袭爵位为万户；次子脱怜；第三子脱脱哈，为御史大夫。