Nacido en Lee, al sur de Londres, Bagnold se educó en Charterhouse School y en la Royal Military Academy de Woolwich. Fue comisionado en los Ingenieros Reales en 1915 y sirvió en Francia durante la Primera Guerra Mundial. Después de la guerra, fue adscrito al ejército egipcio y sirvió en Egipto y Sudán. En 1931 publicó La física de la arena soplada y las dunas del desierto, que se convirtió en una obra clásica en el campo de la geomorfología del desierto.
Durante la Segunda Guerra Mundial, Bagnold sirvió en el norte de África e Italia, y recibió la Orden de Servicio Distinguido y la Orden del Imperio Británico. También fue elegido miembro de la Royal Society en 1941.
Después de la guerra, Bagnold regresó a Egipto y continuó sus investigaciones sobre las dunas del desierto. También escribió varios libros sobre sus experiencias en el desierto, entre ellos Libyan Sands (1935), The Nature of Desert Warfare (1941) y A Pilgrimage to Mecca (1933).
Bagnold murió en Sevenoaks, Kent, en 1990 a la edad de 93 años. Es considerado uno de los geomorfólogos del desierto más influyentes del siglo XX.
Además de su trabajo sobre las dunas del desierto, Bagnold también hizo contribuciones a los campos de la mecánica de suelos, la mecánica de fluidos y la ingeniería militar. Fue un prolífico autor y conferenciante, y su trabajo ha tenido un impacto duradero en el estudio de los desiertos y el desarrollo de tácticas militares.