1980年5月9日、プロデビュー。1981年12月27日、東洋太平洋ボクシング連盟 (OPBF)東洋スーパーウェルター級王座決定戦で李商虎（ 韓国）と対戦し、12回KO勝ちで王座を獲得した。1982年3月21日、宮田賢二（ 日本、ヨネクラジム）とノンタイトルマッチで対戦し、9回KO勝ち。1982年6月13日、堀畑道弘（ 日本、協栄山神ジム）と対戦し、2回KO勝ちで2度目の防衛に成功した。1982年10月23日、新井容日（ 日本、大星ジム）と対戦し、10回KO勝ちで3度目の防衛に成功した。1983年3月27日、金宗縞（ 韓国）と対戦し、7回KO勝ちで5度目の防衛に成功。デビュー以来、26連続KO勝ちを記録した。1983年5月20日、ショーン・マニオン（ アイルランド）とノンタイトルマッチで対戦し、判定負け。キャリア初黒星となった。1983年7月10日、新井容日と再戦し、5回KO勝ちで6度目の防衛に成功した。1984年3月24日、マイク・デ・グスマン（ アメリカ合衆国）と対戦し、3回KO勝ちで7度目の防衛に成功した。1984年7月、王座を剥奪され、7月23日に改めてOPBF東洋スーパーウェルター級王座決定戦に出場。アルバート・パパイモ（ インドネシア）と対戦し、4回KO勝ちで王座に返り咲いた。同王座は6度の防衛に成功した。1987年11月21日、WBA世界スーパーウェルター級王座決定戦でジュリアン・ジャクソン（ アメリカ合衆国）と対戦し、3回TKO負けで世界王座獲得ならず。1988年4月17日、階級を上げOPBF東洋太平洋ミドル級王座決定戦でウディアナ（ インドネシア）と対戦し、2回KO勝ちで王座を獲得した。同王座は1度の防衛に成功した。1988年12月22日、元WBA・国際ボクシング連盟 (IBF)世界スーパーミドル級王者朴鍾八（ 韓国）とノンタイトルマッチで対戦し、8回KO勝ち。1989年5月28日、WBA世界スーパーミドル級王者フルヘンシオ・オベルメヒアス（ ベネズエラ）に挑戦し、11回KO勝ちで世界王座を獲得した。1990年1月13日、田島吉秋（ 日本、ベル協栄ジム）と対戦し、7回終了時に棄権TKO勝ちで2度目の防衛に成功した。この試合で右拳を負傷した。1990年3月30日、3度目の防衛戦でクリストフ・ティオゾ（ フランス）と対戦し、6回TKO負けで王座から陥落した。この試合を最後に引退した。
父の陣没後、土岐氏惣領の叔父頼遠と共に若くして各地を転戦して南朝方と戦った。興国3年/康永元年（1342年）に叔父が光厳上皇に狼藉を働いたため処刑されると、惣領を継ぎ美濃守護となり、おなじく叔父頼明の補佐を受けた。正平8年/文和2年（1353年）、本拠地を長森城から革手城に移し、美濃の豪族斎藤氏を服従させた。土岐氏一族が南朝と結んで反乱を起こすがこれを打ち破って美濃を平定している。頼康は「桔梗一揆」と呼ばれる土岐氏一族の強力な武士団を有しており、弟の頼雄、康貞、直氏、頼忠らを美濃各地に配して結束を強化した。観応の擾乱では室町幕府初代将軍足利尊氏を常に支持して武功があり、その功績によって正平6年/観応2年（1351年）に尾張守護職を与えられた。翌正平7年/文和元年（1352年）の八幡の戦いに参戦、正平8年/文和2年（1353年）、南朝方に攻められた足利義詮が後光厳天皇を奉じて京都を脱出すると領国の揖斐郡小島に迎え、頓宮を造営している（美濃行幸）。揖斐郡に八重垣神社が創建されたのもこの時期である。正平8年/文和2年から翌年まで侍所頭人を務め、正平9年/文和3年（1354年）に評定衆に列する。正平13年/延文3年（1358年）に尊氏が死去すると出家して善忠と号した。正平15年/延文5年（1360年）に伊勢守護職を与えられ、頼康は東海道の要衝3ヶ国の守護を兼ねて土岐氏の最盛期を築き上げた。文武に優れ『新千載和歌集』・『新拾遺和歌集』・『新後拾遺和歌集』など勅撰和歌集に多くの和歌を残している。頼康は尊氏以来の宿老として幕政に参与して重きをなした。3代将軍義満の管領細川頼之と対立して勝手に本国へ帰国し、義満から追討令を受けるが謝罪して許され政権に復帰している。天授5年/康暦元年（1379年）の康暦の政変において斯波義将・佐々木高秀らと共謀し、義満に進言して政敵の細川頼之を追放させた。元中4年/嘉慶元年12月25日（1388年2月3日）、70歳で死去。甥で養子としていた康行が惣領を継いだが、将軍権力の強化を図る義満は勢力の強すぎる土岐氏一族の内紛を画策し、康行は挙兵に追い込まれ、幕府軍の追討を受けて没落した（土岐康行の乱）。康行の後は末弟の頼忠（康行の叔父）が美濃守護に任じられたが、土岐氏の力は大きく減じ、再び美濃一国の守護に逆戻りしてしまった。法名は建徳寺節叟善忠。墓は岐阜県揖斐川町の瑞巌寺。