Bagnold, geboren in Lee, Zuid-Londen, volgde zijn opleiding aan de Charterhouse School en de Koninklijke Militaire Academie, Woolwich. Hij kreeg in 1915 een aanstelling bij de Royal Engineers en diende in Frankrijk tijdens de Eerste Wereldoorlog. Na de oorlog werd hij gedetacheerd bij het Egyptische leger en diende hij in Egypte en Soedan. In 1931 publiceerde hij The Physics of Blown Sand and Desert Dunes, wat een klassiek werk werd op het gebied van woestijngeomorfologie.
Tijdens de Tweede Wereldoorlog diende Bagnold in Noord-Afrika en Italië, en ontving hij de Distinguished Service Order en de Order of the British Empire. In 1941 werd hij ook verkozen tot Fellow van de Royal Society.
Na de oorlog keerde Bagnold terug naar Egypte en zette zijn onderzoek naar woestijnduinen voort. Hij schreef ook een aantal boeken over zijn ervaringen in de woestijn, waaronder Libian Sands (1935), The Nature of Desert Warfare (1941) en A Pilgrimage to Mecca (1933).
Bagnold stierf in Sevenoaks, Kent, in 1990 op 93-jarige leeftijd. Hij wordt beschouwd als een van de meest invloedrijke woestijngeomorfologen van de 20e eeuw.
Naast zijn werk aan woestijnduinen leverde Bagnold ook bijdragen op het gebied van grondmechanica, vloeistofmechanica en militaire techniek. Hij was een productief auteur en docent, en zijn werk heeft een blijvende impact gehad op de studie van woestijnen en de ontwikkeling van militaire tactieken.