Né à Stignano (dans le comté de Stilo) dans la province de Reggio di Calabria en Calabre, dans le sud de l’Italie, Campanella était un enfant prodige. Fils d’un cordonnier pauvre et analphabète, il entre dans l’ordre dominicain avant l’âge de quatorze ans, prenant le nom de fra’ Tommaso en l’honneur de Thomas d’Aquin. Il étudie la théologie et la philosophie avec plusieurs maîtres.
Très tôt, il est désenchanté par l’orthodoxie aristotélicienne et attiré par l’empirisme de Bernardino Telesio (1509-1588), qui enseigne que la connaissance est une sensation et que toutes les choses de la nature possèdent une sensation. Campanella écrit sa première œuvre, Philosophia sensibus demonstrata ( » La philosophie démontrée par les sens « ), publiée en 1592, pour défendre Telesio.
En 1590, il est à Naples où il s’initie à l’astrologie ; les spéculations astrologiques deviendront un élément constant de ses écrits. Les opinions hétérodoxes de Campanella, notamment son opposition à l’autorité d’Aristote, l’amènent à entrer en conflit avec les autorités ecclésiastiques. Dénoncé à l’Inquisition romaine, il est arrêté à Padoue en 1594 et cité devant le Saint-Office à Rome, il est enfermé dans un couvent jusqu’en 1597.
Après sa libération, Campanella retourne en Calabre, où il est accusé de mener une conspiration contre la domination espagnole dans sa ville natale de Stilo. Le but de Campanella était d’établir une société basée sur la communauté des biens et des épouses, car sur la base des prophéties de Joachim de Fiore et de ses propres observations astrologiques, il prévoyait l’avènement de l’âge de l’Esprit en l’an 1600. Trahi par deux de ses compagnons de conspiration, il est capturé en 1599 et incarcéré à Naples, où il est torturé sur le chevalet. Même depuis le confinement de la prison, Campanella a réussi à influencer l’histoire intellectuelle du début du XVIIe siècle, en entretenant des contacts épistolaires avec des philosophes et des scientifiques européens, des cercles culturels napolitains et les commanditaires du Caravage. Finalement, Campanella a fait des aveux complets et aurait été mis à mort s’il n’avait pas feint la folie et mis le feu à sa cellule. Il a été torturé à nouveau, sept fois au total. Estropié et malade, Campanella fut condamné à la prison à vie.
Campanella passa vingt-sept ans emprisonné à Naples, dans différentes forteresses. C’est pendant sa détention qu’il a écrit ses œuvres les plus importantes : La Monarchie d’Espagne (1600), Aphorismes politiques (1601), Atheismus triumphatus (L’athéisme vaincu, 1605-1607), Quod reminiscetur (1606 ?), Metaphysica (1609-1623), Theologia (1613-1624), et son œuvre la plus célèbre, La Cité du Soleil (initialement écrite en italien en 1602 ; publiée en latin à Francfort (1623) puis à Paris (1638).
Il a défendu Galileo Galilei lors du premier procès de Galilée avec son ouvrage La défense de Galilée (écrit en 1616, publié en 1622). En 1632, avant le second procès de Galilée, Campanella écrit à Galilée :
À mon grand dégoût, j’ai appris que des théologiens courroucés de la Congrégation visent à interdire les Dialogues de Votre Excellence, et qu’il n’y aura personne qui comprenne les mathématiques ou les choses récondites. Sachez que si Votre Excellence déclare qu’il était opportun d’interdire la théorie du mouvement de la terre, vous n’êtes pas obligés de croire que les raisons de ceux qui vous ont contredit sont bonnes. Il s’agit d’une règle théologique, et elle est prouvée par le deuxième concile de Nicée qui a décrété que Angelorum imagines depingi debent, quam’am vere corporei sunt (Les images des anges doivent être représentées telles qu’elles sont dans la chair) : si le décret est valable, le raisonnement qui le sous-tend ne l’est pas, puisque tous les savants d’aujourd’hui disent que les anges sont incorporels. Il existe de nombreuses autres raisons fondamentales. Je crains la violence des personnes qui ne comprennent pas cela. Notre Pape fait beaucoup de bruit contre cela et parle en tant que Pape, mais vous n’avez pas entendu parler de cela, ni ne pouvez y penser. A mon avis, Votre Excellence devrait écrire au Grand Duc de Toscane, que puisqu’ils mettent dans ce conseil des Dominicains, des Jésuites, des Théatins, et des prêtres séculiers qui sont contre vos livres, ils devraient aussi admettre le Père Castelli et moi.
Campanella fut finalement libéré de prison en 1626, grâce au pape Urbain VIII, qui intercéda personnellement en sa faveur auprès de Philippe IV d’Espagne. Emmené à Rome et détenu pendant un certain temps par le Saint-Office, Campanella a été restauré à la pleine liberté en 1629. Il vit pendant cinq ans à Rome, où il est le conseiller d’Urbain en matière d’astrologie.
En 1634, une nouvelle conspiration en Calabre, menée par l’un de ses disciples, menace de nouveaux troubles. Avec l’aide du cardinal Barberini et de l’ambassadeur français de Noailles, il s’enfuit en France, où il est reçu à la cour de Louis XIII avec une faveur marquée. Protégé par le cardinal de Richelieu et bénéficiant d’une pension généreuse du roi, il passe le reste de ses jours au couvent de Saint-Honoré à Paris. Sa dernière œuvre est un poème célébrant la naissance du futur Louis XIV (Ecloga in portentosam Delphini nativitatem).
Le De sensu rerum et magia (1620) de Campanella a en partie inspiré le premier it-narratif à part entière en anglais, The Golden Spy (1709) de Charles Gildon.