Thomas Bayes nacque a Londra nel 1702. Fu educato privatamente ed ordinato sacerdote anglicano, come suo padre.
Bayes era un appassionato matematico. Scrisse un famoso articolo, pubblicato anonimo nel 1736, in difesa della nuova teoria del calcolo infinitesimale: An Introduction to the Doctrine of Fluxions, and a Defense of the Mathematicians Against the Objections of the Author of The Analyst. Pur senza aver mai ricoperto cariche accademiche e pubblicato lavori a suo nome, Bayes fu eletto Fellow della Royal Society nel 1742.
Una versione di quello che oggi è noto come teorema di Bayes fu utilizzta nel suo articolo Essay towards solving a problem in the doctrine of chances, pubblicato nel 1764, dopo la sua morte, in Philosophical Transactions of the Royal Society of London. A causa di questo articolo, il suo nome è oggi sinonimo di un'intera filosofia statistica.
Thomas Bayes mor' il 17 aprile 1761 nel Kent.