대한민국의 정치인이다. 문재인 정부의 첫 통일부 차관을 지냈다.

1986년 행정고시에 합격하여 공직생활을 시작한 뒤 통일부 요직을 두루 거쳤다.

참여정부 시절 국가안전보장회의 정책조정실 정책담당관으로 근무했고, 통일부로 돌아와서는 회담기획부장으로 일하면서 남북정상회담을 비롯한 다수의 남북회담에 깊숙이 관여했다.

2014년 대통령비서실 안보전략비서관에 내정되어 승진 코스를 밟는 듯 햇으나 돌연 내정이 철회되어 논란이 있었다. 박근혜 정부와 대북정책에 관해 마찰을 빚었기 때문이라는 분석이 유력했다. 이후 남북교류협력지원협회장으로 물러났다가 문재인 정부 출범과 함께 통일부 차관으로 다시 돌아왔다.

2018년 남북고위급회담에 있을 5명의 대표단 중 한 명으로 결정되었다. 조명균 통일부 장관과 함께 평창올림픽 및 남북회담에서 주요 사항에 대해서 맡을 것이라고 예상된다.

이어서 2018년 남북고위급회담 실무회담에서 3명의 대표단 중 수석대표으로 결정되었다. 차관급 회담이기에 수석대표로서 평창올림픽에 관한 주요 사항에 대해서 맡을 것이라고 예상된다.

서훈 국정원장과 정의용 국가안보실장을 대표로 한 대북특사단 중 한 명으로 결정되었다.

임종석 대통령 비서실장을 위원장으로 하는 준비위원회의 의제분과장으로 임명되었다.

판문점 선언에서 합의된 남북공동연락사무소 개설 및 점검과 개성공단 점검을 위해 단장으로 임명되었다.

2019년 남북한관계가 더딘 속도를 내고 있는 가운데 통일부 차관직에서 교체되었다. 2019년 5월 23일 차관직 이임식에서 산 많지만 평화·번영 여정 멈출 수 없어 라는 소감을 밝히며 퇴임식을 가졌다.

공단기 행정학 교수인 신용한이 그의 직속하관이다. 천해성 본인은 신용한과 같이 통일부에서 근무했었다고 하며, 천해성이 대학교(천해성 전 차관은 서울대 법학과 졸업에 서울대 행정대학원 석사 출신이다. 이전 작성자가 착오가 있었던 것으로 보인다) 및 군대 선배로써 후배인 신용한에게 매우 잘 대해줬다고 한다. 신용한은 자신보다 직속상관인 천해성이 대학원 선배에다가 군대 계급이 높아서 그를 대하기 매우 어려워했었다고 한다.