Тур Хейердал е роден на 6 октомври 1914 в град Лаврик в Южна Норвегия. Още като малък проявява интерес към природата, интересува се от зоология.Още като ученик в началното училище той прави зоологически музей в стая в дома си.
През 1933 година Хейердал учи в университета в Осло , където изучава зоология и география, докато не тръгва на първата си експедиция до Полинезия през 1937-38 година.
Пристигайки в Полинезия Хейердал и съпругата му Лив са приети от Терииероо, полинезийския вожд на Таити. След като живеят според полинезийските обичаи и начин на живот, двамата Хейердал отиват да живеят за една година на самотния остров Фатухива от групата на Маркизките острови. Докато проучва трансокеанския произход на фауната на острова, естественикът следва полинезийските традиции.
Хейердал изоставя зоологията и започва интензивно да изпробва своята теория за произхода на полинезийците. Той изказва предположението, че миграцията към Полинезия е последвала естествения пренос в северния Пасифик и така се насочва към Британска Колумбя и Перу. Докато работи в Музея в Британска Колумбия, Хейердал публикува в Интернешънъл Сайънс през 1941 г. теорията си, че в Полинезия пристигат две последователни вълни от хора. Според него първата вълна идва в Полинезия от Перу със салове от балсови трупи.
Векове по-късно втора етническа група достига Хавайските острови с големи двойни канута от Британска Колумбия. Резултатите от изследванията на Хейердал са по-късно публикувани в труда "Американски индианци в Тихия океан", който е 800 страници.
През Втората световна война Хейердал служи като парашутист във Финмарк . Удостоен е с орден за храброст.
След войната изследователят продължава своите изследвания, но учените се отнасят скептично спрямо революционните му теории. За да докаже на практика своята хипотеза, Хейердал решава да построи копие на използвания в древността сал от балсови трупи, който нарича "Кон-Тики". На 27 април 1947 година започва пътешествието на Хейердал, който с още пет свои спътници, отплават от Каляо, Перу и за 101 дни изминават 8000 км, докато стигнат до Туамоту в Полинезия на 7 август 1947 г.
Единствената съвременна технология, която е използвана по време на пътешествието е комуникационната апаратура. Изследователите са се хранили с морска храна. Документалният филм за експедицията печели Оскар през 1952 г. Книгата "Пътешествие на Кон-Тики" пък е преведена на 67 езика и има голям успех.
Въпреки скептичното отношение, салът се оказва способен да издържи на такъв голям преход и показва, че древните перуанци биха могли да достигнат Полинезия по този начин.
След успеха на експедицията с Кон-Тики, Хейердал оргинизира и ръководи Норвежката археологическа експедиция до островите Галапагос.
Експедицията установява, че островът е бил населен от около 380 г. от н.е., или хиляда години по-рано от хипотезите на тогавашните учени. Разкопките разкрили, че някои от древните каменни издълбавания на острова са сходни с древните традиции в Перу. Според някои от жителите на Великденския остров, те пристигнали от далечните земи на изток. Резултатите от труда на Хейердал са представени и дискутирани обстойно на Десетия тихоокеански научен конгрес в Хонолулу през 1961 г.
Тур Хейердал продължава своите изследвания върху древното мореплаване, но вече насочва вниманието си към древните тръстикови лодки, направени от Папирус . Тези лодки са били смятани за неспособни на преминаване през Атлантическия океан, тъй като се смятало, че тръстиковите лодки ще се напълнят с вода след по-малко от две седмици във вода. Хейердал обаче смята, че съвременната наука подценява древните плавателни съдове и се опитва да им докаже своето предположение нагледно.
През 1969 година той купува 12 тона папирус и заедно с експерти построява плавателен съд по древен стил. Резултатът е 15-метрова лодка, която е спусната в древното финикийско пристанище Сафи в Мароко. В духа на сътрудничеството, Хейердал тръгва под флага на ООН заедно със седем човека от седем държави. Папирусовата лодка "Ра" изминава 5000 км за 56 дена, докато не е изоставена поради бурите и недостатъците в конструкцията. Само една седмица оставала до пристигането в Барбадос.
Десет месеца по-късно Хейердал повторил експеримента, но този път с 12-метровата "Ра II". С тази лодка той прекосява най-широката част (6100 км) на Атлантика за 57 дена — от Сафи до Барбадос. Още веднъж той доказва, че съвременната наука е подценила дълбоко забравените първобитни техники. Теорията, че средиземноморските плавателни съдове, построени преди Колумб, не биха могли да прекосят Атлантика, е разбита. Хейердал доказва също така, че древните египтяни биха могли да комуникират с Южна и Северна Америка.
В последвалите години Хейердал води много други експедиции, включително по р. Тигър. Води експедиция и в Малдивите. Завръща се и на Великденския остров. През 1989 година се завръща в Перу , където открива цяла долина с древни пирамиди.
През 1993 година пристига на Канарските острови , където разкопава няколко хълма и намира пирамиди, построени от гуанчите — древен народ, избит от испанците през 15-ти век.
През 2001 година пък води археологическа експедиция в Русия, за да докаже хипотезата, че прадедите на съвременните норвежци са пристигнали от бреговете на Азовско море.
След като разбира, че страда от тумор в мозъка , Хейердал се отказва от медицинска помощ и се прибира в дома си в околностите на италианския град Андора, провинция Савона. Там той умира по време на сън на 18 април 2002 година на 87-годишна възраст.