ธีรยุทธ บุญมี เกิดเมื่อวันที่ 10 มกราคม 2493 ครอบครัวฐานะยากจน บิดาเป็นทหารชื่อนายฉิม บุญมี มารดาชื่อนางสมจิตร บุญมี ได้รับการศึกษาระดับมัธยมที่โรงเรียนสวนกุหลาบวิทยาลัย มีนิสัยรักการอ่านมาแต่เด็ก หัวดี และเรียนเก่ง มีความสนใจด้านวิทยาศาสตร์เป็นพิเศษ ด้วยความสนใจเขาได้เขียนนิยายวิทยาศาสตร์ส่งนิตยสารอย่างวิทยาสารและชัยพฤกษ์ตอนอยู่ ม.ศ. 4-5 เขารู้จักกับนักวิทยาศาสตร์ที่มีชื่อเสียง เช่น ศ.ดร. ระวี ภาวิไล ซึ่งเป็นรุ่นพี่โรงเรียนสวนกุหลาบวิทยาลัย และ ศ.ดร. สิปปนนท์ เกตุทัต และได้มีโอกาสสนทนากับนักวิทยาศาสตร์ทั้งสอง ส่วนด้านงานเขียนเขาก็สนิทสนมคลุกคลีกับ สุจิตต์ วงษ์เทศ และ เสถียร จันทิมาธร ซึ่งเป็นนักเขียนแถวสยามรัฐ

ธีรยุทธ บุญมี สมัครสอบเข้าเรียนคณะวิศวกรรมศาสตร์ในระดับมหาวิทยาลัย เนื่องจากปัญหาความยากจนของทางบ้าน เขาจึงเลือกที่เป็นวิศวกรแทนที่จะไปทางสายวิทยาศาตร์ที่ชอบเนื่องจากเขาสอบติดคณะวิศวกรรมศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย ได้เป็นที่หนึ่งของประเทศในสายวิทยาศาสตร์ ด้วยคะแนน 91.90 เปอร์เซนต์ในปี พ.ศ. 2511 เขาไม่สามารถสมัครสอบทุนเล่าเรียนหลวงไปเรียนต่อต่างประเทศเช่นเดียวกับผู้สอบได้อันดับหนึ่งคนอื่นๆ ด้วยเหตุผลว่าอายุเกิน แต่เนื่องจากวิชาทางวิศวกรรมศาสตร์เป็นวิทยาศาสตร์ประยุกต์ ทำให้เขาหันเหความสนใจไปด้านกิจกรรมตอนเป็นนิสิต จากกิจกรรมเชิงวิชาการ ขยับมาเป็นกิจกรรมด้านสังคม

ธีรยุทธ บุญมี เข้าเป็นสมาชิกศูนย์กลางนิสิตนักศึกษาแห่งประเทศไทย (ศนท.) ซึ่งเป็นความร่วมมือระหว่างนิสิตนักศึกษาจากสถาบันอุดมศึกษาต่างๆ และได้เป็นเลขาธิการเมื่อปี พ.ศ. 2515 ช่วงนั้น ศนท. มีบทบาททางการเมืองในการรณรงค์เรียกร้องต่างๆ เช่นการรณรงค์ให้ชื้อสินค้าไทยและไม่ซื้อสินค้าจากประเทศญี่ปุ่น เรื่องการล่าสัตว์ป่าของกลุ่มนายทหารและตำรวจในทุ่งใหญ่นเรศวร เป็นต้น

ในเหตุการณ์ 14 ตุลาคม พ.ศ. 2516 ธีรยุทธ บุญมี เป็นหนึ่งในสมาชิกก่อตั้งกลุ่มเรียกร้องรัฐธรรมนูญจำนวน 100 คน มีวัตถุประสงค์เพื่อขอรัฐธรรมนูญคืนจากรัฐบาลเผด็จการซึ่งนำโดยจอมพลถนอม กิตติขจร เมื่อ 9 ตุลาคม พ.ศ. 2516 ซึ่งเป็นวันเสาร์ สมาชิกกลุ่มจำนวน 25 คน ได้ไปถือโปสเตอร์ แจกใบปลิว หนังสือ และบัตรลงประชามติที่ตลาดนัดสนามหลวง ในวันนั้นเป็นหนึ่งใน 11 คนที่ถูกตำรวจสันติบาลจับกุม ตรวจค้นบ้านและยึดเอกสารใบปลิว

เมื่อมีการเรียกร้องให้ปล่อยตัวผู้ที่ถูกจับกุม จนกระทั่งมีการเดินขบวนในวันที่ 13 ตุลาคม พ.ศ. 2516 ในที่สุด ธีรยุทธและผู้ที่ถูกจับกุมคนอื่น ๆ ก็ได้รับการปล่อยตัว และหลังจากนั้น ธีรยุทธยังได้เป็นหนึ่งในแกนนำของผู้ชุมนุมเข้าเจรจากับทางรัฐบาล จนได้ข้อสรุปเพียงพอที่จะยุติการชุมนุม แต่ทว่าสถานการณ์ในส่วนของผู้ชุมนุมเริ่มที่จะควบคุมความสงบไม่อยู่แล้ว เนื่องจากรอคอยผลการเจรจาเป็นเวลานาน ประกอบกับจำนวนผู้ชุมนุมที่มาก ทำให้เกิดอุปสรรคในการสื่อสาร เมื่อทางธีรยุทธออกมา และพบกับสถานการณ์เช่นนี้ ก็ได้ขอผู้ที่ทำการนำผู้ชุมนุม ขึ้นรถปราศรัยชี้แจงกับผู้ชุมนุมด้วยตนเอง เพื่อที่จะให้ยุติการชุมนุมลงโดยสงบ แต่ทว่าในที่สุดก็เกิดการปะทะและนองเลือดกันในรุ่งเช้าวันต่อมา

เมื่อปี พ.ศ. 2519 ได้เดินทางไปใช้ชีวิตในป่าแถบจังหวัดน่าน และเดินทางไปตามสถานที่ต่างๆ ในฐานะเลขานุการประสานงานผู้รักชาติ รักประชาธิปไตย เป็นเวลาถึงสี่ปีครึ่ง ก่อนจะเดินทางไปทำงานวิจัยในสาขาปรัญชาและสังคมวิทยาที่สถาบันสังคมศึกษา ณ กรุงเฮก ประเทศเนเธอร์แลนด์ ได้วุฒิเทียบเท่าปริญญาโท และศึกษาต่อปริญญาเอกสาขาสังคมมานุษยวิทยาที่มหาวิทยาลัยไนเมเกน ประเทศเดียวกัน ใน แต่ไม่ได้สอบวิทยานิพนธ์ปริญญาเอกก็เลิกเรียนเสียก่อน (ปัจจุบันจึงยังเป็น Phil.D. Candidate อยู่)

หลังจากเรียนจบ ก็สมัครทำงานเป็นวิศวกรของบริษัทเอกชนอยู่ระยะหนึ่ง เคยทำงานเป็นนักวิจัยที่สถาบันสังคมศึกษา ณ กรุงเฮก ประเทศเนเธอร์แลนด์ และทำงานวิจัยให้กับมหาวิทยาลัยบีเลเฟลท์ ประเทศเยอรมนี เมื่อกลับเมืองไทยในปี พ.ศ. 2528 จึงเริ่มบทบาททางการเมือง ในฐานะนักคิด นักวิชาการ นักปรัชญา โดยทำการวิจารณ์การเมืองและสำรวจประชามติ เคยเป็นรองผู้อำนวยการฝ่ายวิชาการสถาบันไทยคดีศึกษา ปัจจุบัน ธีรยุทธเป็นอาจารย์ประจำคณะสังคมวิทยาและมานุษยวิทยา มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร์ คิดว่าตัวเองเป็นนักคิดมากกว่านักเขียน จึงเน้นการทำงานด้านวิชาการ โดยพยายามเขียนหนังสือ ตำรา และบทความทางวิชาการ พร้อมโจมตีการทำงานของรัฐบาลอย่างสม่ำเสมอ

ธีรยุทธ บุญมี มีผลงานเขียนและปาฐกถาวิจารณ์การเมืองจำนวนมาก เขาได้รับรางวัลศรีบูรพา ในปี พ.ศ. 2549 ร่วมกับเสกสรรค์ ประเสริฐกุล ตัวอย่างงานเขียนและบทวิเคราะห์ในช่วงเวลาไม่นานมานี้ เช่น สังคม วัฒนธรรมหลังการเลือกตั้ง ก.พ.2548 การเปลี่ยนแปลงสังคม วัฒนธรรม การเมือง ครั้งที่ 2 ของไทย, อนาคตการเมืองไทยและนโยบายของรัฐบาลทักษิณ 2 และ รัฐธรรมนูญแบบภูมิปัญญาไทย ซึ่งสนับสนุนการทำรัฐประหาร 19 กันยายน พ.ศ. 2549