Bagnold ble født i Lee, Sør-London, og ble utdannet ved Charterhouse School og Royal Military Academy, Woolwich. Han ble satt inn i Royal Engineers i 1915 og tjenestegjorde i Frankrike under første verdenskrig. Etter krigen ble han utsendt til den egyptiske hæren og tjenestegjorde i Egypt og Sudan. I 1931 publiserte han The Physics of Blown Sand and Desert Dunes, som ble et klassisk verk innen ørkengeomorfologi.
Under andre verdenskrig tjenestegjorde Bagnold i Nord-Afrika og Italia, og ble tildelt Distinguished Service Order og Order of the British Empire. Han ble også valgt til stipendiat i Royal Society i 1941.
Etter krigen vendte Bagnold tilbake til Egypt og fortsatte sin forskning på ørkendyner. Han skrev også en rekke bøker om sine opplevelser i ørkenen, inkludert Libyan Sands (1935), The Nature of Desert Warfare (1941) og A Pilgrimage to Mecca (1933).
Bagnold døde i Sevenoaks, Kent, i 1990 i en alder av 93. Han regnes som en av de mest innflytelsesrike ørkengeomorfologene på 1900-tallet.
I tillegg til arbeidet med ørkendyner, ga Bagnold også bidrag til feltene jordmekanikk, væskemekanikk og militærteknikk. Han var en produktiv forfatter og foreleser, og arbeidet hans har hatt en varig innvirkning på studiet av ørkener og utviklingen av militær taktikk.