Apja szerény jövedelmű építőmester volt, fia jószerével csak a zene iránti rajongást örökölte tőle. Szülei anyagi erejéből csak a helyi iskolára futotta, így Hardy egy építőmester tanonca lett, de munka mellett szakadatlanul képezte magát. 1862-től Londonban egy jó hírű építész mellett dolgozott, közben esti előadásokra járt, filozófiát, teológiát, művészettörténetet, latint, görögöt tanult.

Egy építészeti tanulmányával díjat nyert, de az építészet egyre kevésbé érdekelte, inkább verseket írt, első irodalmi próbálkozása egy humoros cikk volt 1865-ben. A kemény tanulás megrendítette egészségét, s a nagyváros is nyomasztotta, ezért 1867-ben visszatért szülővárosába, ahol kisebb építészeti megbízásokat vállalt.

Első regényét - mivel kiadót nem talált - saját pénzén adta ki 1871-ben Drasztikus orvosságok címmel. A következő évben végleg felhagyott az építészettel, attól kezdve csak az irodalomnak élt. Erkölcsileg és anyagilag is fontos volt számára a siker, ezért első három regényében tudatosan igyekezett megfelelni az olvasóközönség igényeinek. 1874-ben megnősült, aktív társadalmi életet élt, idejét vidéken és Londonban töltötte, közben sokat utazott.

1874-től megjelenő regényei abban a dél-angliai környezetben játszódnak, amelyet az író Wessexnek nevezett el. Ez az iparosodás által halálraítélt, elmaradott, a primitív hagyományokhoz görcsösen ragaszkodó világ a helyszíne érett műveinek: Hazatérés (1878), A weydoni asszonyvásár (1886), Egy tiszta nő (1891), Lidércfény (1896). Hardy szülőföldje parasztjai között érezte jól magát, róluk írt, bizalmatlan volt a polgári hagyományokkal szemben és lelkesedett minden természetesért. Érzései azonban nem homályosították el látását, amely leleplezett és megcsúfolt minden idillt.

A pályafutása csúcsát jelentő, Egy tiszta nő című regény főhőse Tess, az egyszerű parasztlány. Sokra hivatott egyéniség, akinek tehetsége, szépsége is rendkívüli, mégis akasztófán végzi, mivel a tiszta szerelemhez szakítania kell a konvenciókkal és meggyilkolja megrontóját. A műből Roman Polanski 1979-ben nagy sikerű filmet rendezett Nastassja Kinski főszereplésével.

Hardy regényeinek filozófiáját monumentális egészbe foglalja a napóleoni háborúk történetét feldolgozó verses könyvdrámája: Az uralkodók (1904-08). Ezzel lezárta prózaírói korszakát, s élete hátralevő húsz évében verseket írt. Költészetét ugyanaz a mély humanizmus, s az emberi lét nyomorúsága, kiszolgáltatottsága láttán érzett fájdalmas pesszimizmus hatja át, mint nagy regényeit és novelláit. Thomas Hardy 1928. január 11-én halt meg Dorchesterben.