トレードマークは、ベレー帽と分厚い黒縁眼鏡。人前で帽子を外すことは滅多になく、「帽子を被ってないときは映さないで」と照れ笑いする様子が映像に残っている。しかし、街中を歩く時、仕事中、タクシーの中などはベレー帽を脱いでいることが多かった（これにはベレー帽を脱いでいると街中を歩いていても手塚治虫であると気づかれにくい利点もあったようである）。ベレー帽は、もともと横山隆一を模倣してかぶり始めたもので、横山はやがてベレー帽の使用をやめたが、手塚は自身の漫画の中でも自分自身をベレー帽と黒縁眼鏡と鼻が大きい人物として特徴付けており、生涯これを変えることをしなかった。このベレー帽をかぶる風習はトキワ荘のメンバーにも伝わり、石森章太郎や藤子不二雄などもベレー帽をかぶっていた。視力は度の強い近視であった。甘いものが好きであったために歯を悪くした。特に「チョコがなければ仕事ができない」というほどのチョコレート好きであり、死後に施錠されていた仕事机の中からかじりかけの板チョコが見つかった。人並み外れた仕事量をこなしたことで知られているが、けして家庭を蔑ろにすることはなく、誕生日とクリスマスには必ず家族でレストラン・ディナーをとる習慣があり、計画を立てて正月と夏休みには家族旅行に出かけていた。田中圭一には「マンガ家としてだけじゃなく父としても神」と評された。アシスタント経験のある漫画家古谷三敏によると、手塚はアルコールはあまり飲めず、煙草も普段は吸わなかった。バーで煙草をふかした時は上手く吸い込めていなかったという。
半蔵門病院の病室で、1989年（平成元年）2月9日午前10時50分死去。死に立ち会った松谷によるとこの「頼むから仕事をさせてくれ」が手塚の最後の言葉であったという。通夜は2月11日、東久留米市の自宅で、葬儀は3月2日、東京都港区の青山葬儀所で手塚プロダクションの社葬として、それぞれ営まれた。『グリンゴ』『ルードウィヒ・B』『ネオ・ファウスト』などの作品が未完のまま遺された。また、梅原猛の小説『ギルガメシュ』のアニメ化に意欲的だったが、構想中のままに終わった。亡くなる3週間前（1989年1月15日）まで書かれていた自身の日記には、その時の体調状態や新作のアイデアなどが書き連ねられていた。周りの人間は誰も手塚に胃癌であることを伝えず、手塚自身は生き続けるということに何も疑問は持たなかったとされる。しかし、手塚が病院で描いていた遺作の一つ「ネオ・ファウスト」では主要な人物が胃癌にかかり、医者や周りは気遣って胃癌であることを伝えないが、本人は胃癌であることを知っていて死亡するという内容が描かれている。
1980年代になると、幕末から明治までの時代に自身のルーツをたどった『陽だまりの樹』（ビッグコミック）や、アドルフ・ヒトラーを題材に一般週刊誌で連載された『アドルフに告ぐ』（週刊文春）など、青年漫画の新たな代表作を手がけることになる。「陽だまりの樹」は第29回小学館漫画賞、「アドルフに告ぐ」は第10回講談社漫画賞一般部門を受賞したが1988年3月に胃を壊し、一度目の手術を受ける。5月に退院し、以前とまったく変わらない多作振りを見せた。しかし同年11月、中華人民共和国上海市でのアニメーションフェスティバルに出席した後に倒れ（制止された際に「これは国際問題です」と病身をおして訪れた）、帰国と同時に半蔵門病院に入院。医師の診断ではスキルス胃癌であった（しかし当時の日本の医療の慣習により、直接本人には告知されなかった）。翌1989年1月21日に手塚プロ社長の松谷孝征が見舞に来た時には、「僕の病状は何なんだ、君聞いてきてくれ」と頼んでいたという。胃癌ということは伏せたうえで聞いた事を話すと「そうか…」と一言言ったという。100歳まで描き続けたいと言っていた手塚は、病院のベッドでも医者や妻の制止を振り切り漫画の連載を続けていた。同年1月25日以降、昏睡状態に陥るが意識が回復すると「鉛筆をくれ」と言っていた。息子の眞は昏睡が覚めると鉛筆を握らせるが意識がなくなりの繰り返しだったと語っている。死に際の状態であるにもかかわらず「頼むから仕事をさせてくれ」と起き上がろうとし、妻は「もういいんです」と寝かせようとするなど最後まで仕事への執着心をなくさなかった。
メジャーデビュー前にはDREAMS COME TRUE（ドリカム）のバックバンドに在籍、コーラスとキーボードという同時に二役のサポートを務めていた（馬渡が抜けた後、コーラスのサポートはコーラスのみという、いわゆる一般的な体制となったとのこと）。1992年、DREAMS COME TRUEのリーダー中村正人のプロデュースによりデビュー。その関係で、ラジオ『スーパーFMマガジン 中村正人のNORU SORU』（FM東京系）にも「ティナ馬渡」と名乗ってレギュラー出演。同年より、フジテレビ系アニメ『幽☆遊☆白書』の主題歌を担当し、注目される。作詞以外の作曲、アレンジ、コンピュータ・プログラミング、セルフ・プロデュース等レコーディングに係るすべてを自分自身で手がけている。1996年、ライブ後に、突然神経症を発症し声が出なくなってしまう。そのため療養をかねて音楽活動を休止し故郷へ帰る。ボイストレーニングの講師を始める。2008年、メジャー時代の代表曲をアコースティックヴァージョンにより再録音したベストアルバムを発売。2011年、本格的にアーティスト活動を再開し、ANIME JAPAN FES（アニメジャパンフェス）2011　夏の陣　東京・大阪・名古屋に出演。2012年5月4日、自身15年ぶりとなるオリジナルアルバム｢KISEKI｣を発売。5月6日には｢KISEKI｣リリースライブと題して地元宮崎にて復活ライブを行う。2013年11月20日、メジャー・レーベル時代の作品に新録曲1曲を加えたベストアルバムがPONY CANYONよりリリースされた。2014年5月、アニソンバトルマックス2014に出演。2015年7月12日、ブラジルサンパウロで開催される南米最大のアニメイベントAnime Friendsに出演。本人初の海外出演となる。2017年6月10日、アニ×ワラ vol.7にシークレットゲストとして出演。現在は音楽講師などの傍らインディーズでも活動。楽曲提供にも力を入れている。2014年12月に朱里-Syuri-「八色レインボー」楽曲提供する。