他在1860年出生於蘇格蘭（Scotland）的愛丁堡（Edinburgh），先後進入愛丁堡學院（Edinburgh Academy）和愛丁堡大學（University of Edinburgh）學習醫學。當他19歲時，就已經在報刊上發表了諸如研究水螅蟲的分類系統和更新世（Pleistocene）時期海豹化石的文章。
在1884年，湯普森受聘為敦提大學學院（University College in Dundee）的生物學教授。他在那裡建起了一座動物學的教學博物館，而後，當這所學院在1897年與聖安德魯斯大學（University of St. Andrews）合併後，他繼續受聘為自然歷史教授，直至逝世。在1896年，英國和美國在白令海峽（Bering Sea）的捕海豹業上發生爭執時，湯普森代表英國參與了協商。為了獎賞他的工作，他在1898年被授予“巴斯榮譽爵位（Companion of the Order of Bath）”的稱號。而在1898年至1939年期間，他還曾是蘇格蘭漁業協會的科學顧問。
在20世紀早期，湯普森對自然歷史科學進行了一場革命，他用數學和物理概念解釋了生物現象。在他的《生長與形態》（On Growth and Form，1917） 一書中，他研究探討了生物形態和構造的發展，以及外力對它們所產生的影響。他闡述了比如蜂巢的六邊形巢室和蝸牛殼上的弧線，以及向日葵種子的螺旋形狀都是遵循著怎樣的數學原理，並向人們展示了如果向骨頭施壓，鈣分子的柵格形狀是怎樣在骨骼中排列以達到最高效的組織結構。為了說明他的觀點，他將起重機的機械結構與股骨的內部構造進行了比較。
在1931年至1933年期間，湯普森曾是英國皇家學會（Royal Society）的副主席，而在1934年至1939年期間則是愛丁堡皇家學會（Royal Society of Edinburgh）的主席。他在1937年被封為爵士，並在1946年被授予了達爾文獎章（Darwin Medal）。
達西·湯普森