Tommaso Campanella blev født i Stignano (i amtet Stilo) i provinsen Reggio di Calabria i Calabrien, Syditalien, og var et vidunderbarn. Som søn af en fattig og analfabet skomager trådte han ind i dominikanerordenen, inden han var fjorten år gammel, og tog navnet fra’ Tommaso til ære for Thomas af Aquinas. Han studerede teologi og filosofi hos flere mestre.
Tidligt blev han skuffet over den aristoteliske ortodoksi og tiltrukket af Bernardino Telesios empirisme (1509-1588), som lærte, at viden er fornemmelse, og at alle ting i naturen besidder fornemmelse. Campanella skrev sit første værk, Philosophia sensibus demonstrata (“Filosofi demonstreret ved sanserne”), der blev udgivet i 1592, til forsvar for Telesio.
I 1590 var han i Napoli, hvor han blev indviet i astrologi; astrologiske spekulationer skulle blive et gennemgående træk i hans skrifter. Campanellas heterodokse synspunkter, især hans modstand mod Aristoteles’ autoritet, bragte ham i konflikt med de kirkelige myndigheder. Han blev anmeldt til den romerske inkvisition, blev arresteret i Padova i 1594 og citeret for det hellige kontor i Rom, han blev indespærret i et kloster indtil 1597.
Efter sin frigivelse vendte Campanella tilbage til Calabrien, hvor han blev anklaget for at lede en sammensværgelse mod det spanske styre i sin hjemby Stilo. Campanellas mål var at etablere et samfund baseret på gods og hustruers fællesskab, for på baggrund af Joachim af Fiore’s profetier og sine egne astrologiske observationer forudså han Åndens tidsalder i år 1600. Han blev forrådt af to af sine medkonspiratorer, blev taget til fange i 1599 og fængslet i Napoli, hvor han blev tortureret på pinebænken. Selv fra fængslets indespærring lykkedes det Campanella at påvirke det tidlige 17. århundredes intellektuelle historie ved at opretholde brevkontakter med europæiske filosoffer og videnskabsmænd, neapolitanske kulturkredse og Caravaggios bestillere. Til sidst aflagde Campanella en fuld tilståelse og ville være blevet henrettet, hvis han ikke havde foregivet at være sindssyg og sat ild til sin celle. Han blev tortureret yderligere, i alt syv gange. Forkrøblet og syg blev Campanella dømt til livsvarigt fængsel.
Campanella tilbragte syvogtyve år fængslet i Napoli, i forskellige fæstninger. Under sin fængsling skrev han sine vigtigste værker: Monarkiet i Spanien (1600), Politiske aforismer (1601), Atheismus triumphatus (Atheismen erobret, 1605-1607), Quod reminiscetur (1606?), Metaphysica (1609-1623), Theologia (1613-1624) og hans mest berømte værk, Solens by (oprindeligt skrevet på italiensk i 1602; udgivet på latin i Frankfurt (1623) og senere i Paris (1638).
Han forsvarede Galileo Galilei i Galileis første retssag med sit værk The Defense of Galileo (skrevet i 1616, udgivet i 1622). I 1632, før Galileis anden retssag, skrev Campanella til Galilei:
Til min store afsky har jeg hørt, at vrede teologer i kongregationen har til hensigt at forbyde Deres Excellences dialoger, og der vil ikke være nogen til stede, som forstår matematik eller indviklede ting. Vær opmærksom på, at selv om Deres Excellence erklærer, at det var passende at forbyde teorien om jordens bevægelse, er De ikke forpligtet til at tro på, at begrundelserne hos dem, der modsagde Dem, er gode. Dette er en teologisk regel, og det bevises af det andet koncil i Nikæa, som dekreterede, at Angelorum imagines depingi debent, quam’am vere corporei sunt (billeder af engle skal afbildes, som de er i kød og blod): mens dekretet er gyldigt, er begrundelsen bag det det ikke, da alle lærde i dag siger, at engle er ulegemlige. Der er mange andre grundlæggende grunde. Jeg frygter vold fra folk, der ikke forstår dette. Vores pave larmer meget imod dette og taler som pave, men det har I ikke hørt om, og I kan heller ikke tænke over det. Efter min mening bør Deres Excellence skrive til storhertugen af Toscana, at eftersom de sætter dominikanere, jesuitter, teatiner og verdslige præster, der er imod Deres bøger, ind i dette koncil, bør de også optage fader Castelli og mig.
Campanella blev endelig løsladt fra fængslet i 1626 gennem pave Urban VIII, som personligt gik i forbøn på hans vegne hos Filip IV af Spanien. Campanella blev ført til Rom og holdt en tid af det hellige embedsværk, men han fik sin fulde frihed tilbage i 1629. Han boede i fem år i Rom, hvor han var Urbans rådgiver i astrologiske spørgsmål.
I 1634 truede en ny sammensværgelse i Calabrien, ledet af en af hans tilhængere, med nye problemer. Med hjælp fra kardinal Barberini og den franske ambassadør de Noailles flygtede han til Frankrig, hvor han blev modtaget ved Ludvig XIII’s hof med udpræget velvilje. Han blev beskyttet af kardinal Richelieu og fik en generøs pension af kongen, og han tilbragte resten af sine dage i klostret Saint-Honoré i Paris. Hans sidste værk var et digt, der fejrede den kommende Ludvig XIV’s fødsel (Ecloga in portentosam Delphini nativitatem).
Campanellas De sensu rerum et magia (1620) inspirerede delvist den første fuldt udbyggede it-fortælling på engelsk, Charles Gildons The Golden Spy (1709).