Timothy Gowers est né en 1963 à Marlborough, Royaume-Uni. Il étudie les mathématiques à l'Université de Cambridge, où il obtient son doctorat sous la direction de Béla Bollobás. Après deux ans comme « Research Fellow » de Trinity College (Cambridge), il devient maître de conférences à University College London, avant de retourner à Cambridge en 1995, d'abord comme maître de conférences, puis à partir de 1998 comme titulaire de la chaire Rouse Ball de mathématiques. Il est professeur invité à Princeton entre 2000 et 2002.
Depuis 2009, Timothy Gowers est « Research Professor » de la Royal Society. Pendant l'année universitaire 2017-2018, il est lauréat de la chaire de la Fondation Sciences mathématiques de Paris. Il reçoit un prix de la Société mathématique européenne en 1996, et une médaille Fields en 1998. En 2012, il est fait chevalier de l’ordre de l’Empire britannique pour services rendus aux mathématiques. Il est l'auteur de Mathematics, A Very Short Introduction, et l'éditeur principal du Princeton Companion to Mathematics.
Il est nommé professeur du Collège de France en mai 2020 sur la chaire Combinatoire et donne en 2021 son premier cours intitulé « Outils de la combinatoire ».