Babası başarılı bir bira şirketi işletiyordu. Heyerdahl, okuldan sonra 1933 yılında Oslo Üniversitesi'nde zooloji okumaya başladı. 1936 yılının sonunda Liv Coucheron Torp ile evlendi ve geçici olarak Polinezya'daki Marquesa Adaları'nda yaşadı. Çift 1938 baharında Norveç'e döndü ve Eylül ayında oğulları Thor dünyaya geldi. Daha sonra ikinci oğulları Björn dünyaya geldi. Heyerdahl daha sonra Kanada, British Columbia'daki Bella Coola Kızılderililerini incelemeye yöneldi. İkinci Dünya Savaşı sırasında aile önce Kanada'da kaldı, ardından Heyerdahl Alman işgaline karşı Norveç direnişinde teğmen olarak çalıştı.Heyerdahl'ın antropolojik araştırmaları, replika tarihi gemilerle yaptığı ayrıntılı keşif gezileriyle araştırmaya ve kanıtlamaya çalıştığı erken insan toplulukları arasındaki göç ve kültürel alışveriş olasılıklarıyla ilgiliydi. Antropolog, Peru'dan Doğu Polinezya'ya üç ay süren nefes kesici geçişiyle dünya çapında üne kavuşmuş ve bunu 1948 yılında yayınladığı "Kon-Tiki ekspedisjonen" adlı kitabında belgelemiştir. Heyerdahl daha sonra Fas'ın batı kıyısından Batı Hint Adaları'na yelken açtı. Irak'tan Basra Körfezi üzerinden Asya'ya ve tekrar Afrika'ya yelken açarak antik Sümerlerin bu yolla diğer erken dönem kültürlerle temas kurmuş olabileceğini kanıtladı.1949 yazında ilk eşinden ayrıldıktan sonra Heyerdahl, üç kızı olan Yvonne Dedekam-Simonsen ile evlendi. Heyerdahl 1952 yılında "American Indians in the Pacific: The Theory Behind the Kon-Tiki Expedition," adlı kitabını yayınladı ve bu kitapta Amerika anakarası ile Polinezya arasındaki eski göç hareketlerini belgeledi. Araştırmacı 1950'lerin ikinci yarısında Güney Amerika And Dağları ile Paskalya Adası arasında benzer göç hareketleri keşfetti. Heyerdahl, 1969 ve 1970 yıllarında çağdaş tarzdaki "Ra" ve "Ra II" gemileriyle sırasıyla Mısır ve Fas'tan Atlantik'i geçmek için gerçekleştirdiği iki keşif gezisiyle dünya çapında dikkatleri üzerine çekti. 1977'de daha büyük üçüncü bir keşif gezisi Heyerdahl'ı Irak'tan Dicle üzerinden Basra Körfezi'nden Umman ve Pakistan'a, oradan da Hint Okyanusu üzerinden Cibuti'ye götürdü. 1982/83 yıllarında Heyerdahl, tarih öncesi toplulukların ticaret hareketlerini araştırmak üzere Maldivler'e iki keşif gezisi düzenledi. Heyerdahl 1986, 1987 ve 1988 yıllarında Paskalya Adası'na başka keşif gezileri de yapmıştır. 1988'den 1993'e kadar Tucúme/Peru'da bir arkeolojik projeyi yönetti. Son olarak 1990'dan 2002'ye kadar Güimar/Tenerife piramitlerinin araştırılması ve korunmasına kendini adamıştır.Thor Heyerdahl 18 Nisan 2002'de İtalya'nın kuzeyindeki Colla Micheri'de beyin tümörü nedeniyle ölmüştür.