Narodil se 18. května 1889 v Beaver Falls v Pensylvánii. Jeho otec byl také vynálezce, a i když se tolik neprosadil, jistě byl pro syna, pokud jde o vědu a techniku, značnou inspirací. Thomas potom celkem logicky vystudoval strojírenství na Cornellově univerzitě obor, kde promoval už ve svých 22 letech v roce 1911. O pět let později začal pracovat u korporace „General Motors“ (GM) a objevil, že přidání sloučeniny zvané tetraethylolovo, chemicky (CH3CH2)4Pb, ve zkratce TEL, do benzinu zabrání „klepání“ benzinových spalovacích motorů. Je tomu tak proto, že tato bezbarvá, ale toxická kapalina, zpomaluje hoření benzínu a tak působí antidetonačně, neboť ono „klepání“ nebyly nic jiného než nežádoucí samozápaly spalovaného benzínu. Přidáním tetraethylolova do benzínu se zvýšila odolnost daného paliva ve směsi se vzduchem právě proti takovým samozápalům, což se navenek označuje zvýšením oktanového čísla paliva.
Protože se tehdy už samozřejmě vědělo, že olovo je jedovaté, společnost „General Motors“ ve svém marketingu použila jen část názvu této sloučeniny – ethyl, aby se vyhnula negativně působícímu slovu „olovo“. Ropné společnosti a výrobci automobilů, pochopitelně zejména General Motors, která na tuto technologii vlastnila patent, potom rozjely mohutnou reklamní kampaň propagující „ethyl“ jako náhradu za dřívější etanol nebo etanolové pohonné hmoty, které výrobcům přinášely jen malý zisk. V roce 1922 Midgleymu za tento objev udělila Americká chemická společnost medaili. Bylo to první z několika významných ocenění, které získal během své kariéry, o více jak stovce patentů nemluvě.
Na práci s olovem Midgley doplatil zhoršením svého zdravotního stavu, takže musel přerušit práci a odjet na Miami na rekonvalescenci. V roce 1923 GM založila svoji pobočku s názvem „General Motors Chemical Company“, která dozírala na výrobu tetraethylolova ve společnosti duPont, a Midgley v ní dostal funkci viceprezidenta. Začaly se však objevovat i první problémy. Během dvou let zemřelo na otravu olovem deset zaměstnanců této společnosti a další vykazovali otravu olovem.
V roce 1924 GM a Standard Oil Company of New Jersey, nyní známá jako Exxon Mobil, vybudovaly další závod s novou technologií výroby tetraethylolova, protože nebyly spokojeny s výkony svého dodavatele TEL, tedy továrny duPont. Během prvních dvou měsíců od spuštění provozu se i v nové továrně objevily otravy olovem projevující se halucinacemi a šílenstvím a došlo i k pěti úmrtím. 30. října téhož roku se proto Midgley zúčastnil tiskové konference a aby dokázal bezpečnost TEL, polil si touto chemikálií ruce a lahev s ní si dal pod nos a vdechoval výpary 60 sekund. Prohlásil, že to může dělat každý den, aniž by mu z toho vznikly nějaké zdravotní problémy. Neměl pravdu, olovo prostupuje kůží i dýchacími cestami, a kdyby toto dělal skutečně každý den, jistě by se u něj příznaky otravy olovem objevily. Jeho demonstrace bezpečnosti TEL na tiskové konferenci nic nezachránila, továrna byla za několik dní rozhodnutím státu New Jersey stejně zavřena a Midgley tím přišel o svou vysokou funkci. Zaměstnancem GM však zůstal i nadále.
V roce 1930 byl společností pověřen, aby vynalezl netoxické, nehořlavé a nevýbušné chladivo, které by se dalo použít i ve výrobcích pro domácnost. Spolu se svým spolupracovníkem přišel s halogenderiváty (halogenovými uhlovodíky), což jsou netoxické bezbarvé plyny nebo těkavé kapaliny komerčně nazývané „freony“. Tzv. freon nejprve postupně nahradil dřívější nebezpečná chladiva (éter, čpavek) jak v průmyslových zařízeních, tak v domácnostech (typicky např. v chladničkách a mrazácích) a později se objevil jako pohonný plyn v aerosolových rozprašovačích.
Oba tyto Midgleyho objevy, resp. vynálezy, podle pozdějších zjištění významně poškodily životní prostředí, jak olovo z výfukových plynů už jen tím, že je samo o sobě jedovaté, tak freony, které v atmosféře pohlcují ozón a tím narušují ozónovou vrstvu Země chránící ji před UV zářením, jak bylo dokázáno v roce 1974. Od praktického využití obou Midgleyho objevů se proto začalo postupně upouštět, takže dnes už tankujeme bezolovnatý benzín a omezilo se i použití freonů.
Toho se však úspěšný vynálezce už nedožil. V roce 1940 ve věku 51 let Midgley onemocněl dětskou obrnou, která ho těžce postihla, takže částečně ochrnul. Rozhodl se tomuto zdravotnímu omezením však nepodléhat a sám pro sebe vymyslel a nechal si sestrojit důmyslný systém lan a kladek, pomocí něhož mohl vstát z postele. Jeho vlastní vynález se mu však stal osudným. 2. listopadu, 1944 se zapletl do lana svého zařízení tak nešťastně, že se na něm uškrtil.
