1743年4月13日、アメリカ東部のイギリス領バージニア植民地に10人兄弟の3番目の子として生まれる。

父は農園主と測量士をしていたウェールズ人の子孫。母は富裕なイギリス系ジェントリの孫娘であり、ジェファーソンはバージニア植民地で最も著名な人々と密接に関わりのある家庭に育った。

1752年、9歳のジェファーソンは地元の学校に入学。ラテン語、古代ギリシア語、フランス語を学び始める。

1757年、ジェファーソンが14歳の時に父が死去。ジェファーソンは約5,000エーカーの領地と数十人の奴隷を相続した。

父の死後、ジェファーソンは2年間古典教育を受け、歴史や科学を学ぶ。

1760年、17歳のジェファーソンは名門ウィリアム・アンド・メアリー大学哲学科に入学。数学、形而上学、哲学を学び、2年後に優等賞を受けて卒業。

大学卒業後は法律を学び、24歳のときにバージニア法廷弁護士になる。ジェファーソンは黒人の弁護活動にも熱心であったという。

1768年、25歳のときには新古典様式の邸宅モンティチェロの建設を始める。ふんだんにお金を使い、大きな借金をしたという。

モンティチェロはジェファーソンの奴隷プランテーションでもあり、70年間を通じて600人以上の奴隷を所有している。

ジェファーソンは法律実務を行う傍ら、1769年からバージニア植民地議会議員となる。

1774年にイギリスの議会で「耐え難き諸法」が成立した後、ジェファーソンはそれに反対し『イギリス領アメリカの権利に関する要約』を出版。彼は植民地人は自分達を治める自然の権利があるという急進的な考えを提案。

この文書はアメリカ独立の理論的枠組みを作ることに貢献し、ジェファーソンは最も思慮深い愛国的代弁者として注目された。

アメリカ独立戦争が始まった直後の1775年6月、32歳のジェファーソンは第二次大陸会議のヴァージニア代議員の一人に選出される。

1776年6月、ジェファーソンは独立宣言を準備するための5人委員会委員に指名される。ジョン・アダムズ、ベンジャミン・フランクリンを含むこの委員会は、筆が立つとの評判があったジェファーソンを独立宣言の初稿執筆者に選任する。

ジェファーソンの草稿が修正、削除された後、1776年7月4日、大陸会議にてアメリカ独立宣言が採択される。この宣言はジェファーソンの名声を高め、その雄弁な前文はその後の人権宣言の規範になった。

1776年9月、33歳のジェファーソンはバージニア邦議会議員に選出される。バージニアの法体系を更新することに取り掛かり、長子相続制廃止、信教の自由の確立、司法体系の合理化など126の法案を書いた。奴隷輸入禁止法を成立させたが、奴隷制そのものを禁止させることはできなかった。

ジェファーソンは1779年から1781年までバージニア邦知事を、1785年から1789年まで駐フランス公使を務めた。

1790年、47歳のジェファーソンは初代大統領ジョージ・ワシントン（1732～1799）のもとで3年間、初代国務長官を務める。

1791年、ジェファーソンとジェームズ・マディソン（1751～1836）は民主共和党を設立。国中の連邦党支持者と戦った。

1796年、53歳のジェファーソンは大統領選挙で民主共和党の候補者となるがジョン・アダムズ（1735～1826）に敗れる。ジェファーソンは選挙人投票で2位となって副大統領に就任。

1800年、57歳のジェファーソンは大統領選挙に出馬。選挙人選挙でジェファーソンとバーの得票数が同数で1位となり、アメリカ合衆国下院で当選者を決めることになる。1801年2月17日、下院で投票が行われてジェファーソンが第3代大統領（任期：1801年～1809年）に、バーが副大統領に選ばれる。

1809年、大統領職を辞した後、ジェファーソンは公的な事業での活動を続け、1819年にはバージニア大学を創立した。

1826年7月4日、アメリカ独立宣言の採択から50周年の記念日、トーマス・ジェファーソンはバージニア州で83年の生涯を閉じた。