Nació el 13 de abril de 1743 en Shadwell, una plantación del condado de Albemarle, en el borde occidental de la colonia británica de Virginia: territorio de frontera, tabaco y trabajo esclavo, a varias jornadas de camino de Williamsburg. Su padre, Peter Jefferson, era plantador y agrimensor sin estudios formales que se hizo leído por su cuenta y levantó con Joshua Fry el primer mapa fiable de Virginia; murió el 17 de agosto de 1757, cuando Thomas tenía catorce años, y le dejó en herencia las tierras en las que había nacido. Su madre, Jane Randolph, procedía de una de las familias más antiguas y mejor situadas de la colonia. Conviene fijar ese punto de partida porque explica media biografía: Jefferson no llega a la propiedad de personas esclavizadas por una decisión adulta, nace dentro de ella.
Entró en el College of William & Mary en la primavera de 1760 y cursó dos años. Él mismo señaló como el golpe de suerte que fijó su destino al escocés William Small, profesor de matemáticas y el primero que dio en aquel colegio lecciones regulares de ética y retórica, que lo introdujo en la ciencia y la filosofía moral de la Ilustración británica y lo recomendó al despacho del jurista George Wythe. Con Wythe estudió derecho cinco años, hasta su admisión al foro en 1767, y de él heredaría después la biblioteca. Desde 1769 representó a Albemarle en la Cámara de Burgueses. Los libros fueron una constante costosa: la primera biblioteca ardió con la casa de Shadwell en 1770; la segunda llegó a cerca de 6.500 volúmenes y la vendió al gobierno federal en 1815 por 23.950 dólares para reconstruir la Biblioteca del Congreso que las tropas británicas habían incendiado el año anterior; todavía juntó una tercera de unos dos mil antes de morir.
Se casó con Martha Wayles Skelton el 1 de enero de 1772. Ella murió el 6 de septiembre de 1782, a los treinta y tres años, agotada por seis embarazos de los que solo dos hijas llegaron a la edad adulta; él tenía treinta y nueve y no volvió a casarse. La herencia de su suegro, el abogado y tratante de esclavos John Wayles, llegó en 1774 y le duplicó el patrimonio: tierras, deudas y personas, entre ellas la familia Hemings. Sally Hemings, nacida en esa casa, era medio hermana de su esposa. Las cifras están en sus propios libros de granja y permiten medirlo sin adjetivos: cuarenta y una personas esclavizadas anotadas por él en 1774, alrededor de un centenar viviendo en Monticello en cualquier momento dado, unas seiscientas a lo largo de toda su vida, de las que heredó cerca de ciento setenta y cinco y vendió alrededor de ciento diez por razones económicas.
Su carrera pública ocupa medio siglo y no fue una línea ascendente. Delegado de Virginia en el Segundo Congreso Continental desde junio de 1775, redactó a los treinta y tres años el borrador de la Declaración de Independencia. Como gobernador de Virginia entre 1779 y 1781 le tocó la invasión británica: huyó de Richmond ante las tropas de Benedict Arnold y de Monticello ante la caballería de Banastre Tarleton, y la Asamblea abrió una investigación sobre su conducta que terminó absolviéndolo, aunque la humillación lo apartó de la política un tiempo. Fue ministro en Francia entre 1785 y 1789, donde presenció el arranque de la Revolución; secretario de Estado con Washington de 1790 a 1793, enfrentado a Alexander Hamilton en una pelea que acabó fundando el primer sistema de partidos del país; y vicepresidente con John Adams de 1797 a 1801, cargo desde el que redactó en secreto las Resoluciones de Kentucky contra las Actas de Extranjería y Sedición de su propio gobierno. Presidió el país de 1801 a 1809: compra de Luisiana en 1803, expedición de Lewis y Clark, guerra contra los estados berberiscos, prohibición de la trata atlántica de esclavos aprobada en 1807 con efecto desde enero de 1808, y un embargo comercial en 1807 que hundió el comercio del noreste y hubo de derogarse al final del mandato.
Se retiró a Monticello en 1809. Desde 1812 mantuvo con John Adams catorce años de correspondencia, tras más de una década sin dirigirse la palabra. Su último proyecto fue la Universidad de Virginia, autorizada por la asamblea en 1819 y abierta en 1825: diseñó los edificios, eligió al profesorado y el plan de estudios y colocó en el centro del campus una biblioteca en lugar de una capilla, que era lo habitual en los colegios estadounidenses de la época. Murió el 4 de julio de 1826, a los ochenta y tres años, el mismo día que John Adams y en el quincuagésimo aniversario de la Declaración. Murió también arruinado: sus bienes y las personas que esclavizaba salieron a subasta pública desde 1827 y Monticello se vendió en 1831. En el testamento liberó a cinco hombres, todos de la familia Hemings; a otros los había manumitido o dejado marchar antes. El epitafio lo escribió él y enumera tres cosas: autor de la Declaración de Independencia, autor del Estatuto de Virginia para la Libertad Religiosa y padre de la Universidad de Virginia. No menciona la presidencia.