Bagnold föddes i Lee, södra London, och utbildades vid Charterhouse School och Royal Military Academy, Woolwich. Han togs i uppdrag i de kungliga ingenjörerna 1915 och tjänstgjorde i Frankrike under första världskriget. Efter kriget utstationerades han till den egyptiska armén och tjänstgjorde i Egypten och Sudan. 1931 publicerade han The Physics of Blown Sand and Desert Dunes, som blev ett klassiskt verk inom området ökengeomorfologi.
Under andra världskriget tjänstgjorde Bagnold i Nordafrika och Italien och belönades med Distinguished Service Order och Order of the British Empire. Han valdes också till Fellow i Royal Society 1941.
Efter kriget återvände Bagnold till Egypten och fortsatte sin forskning om ökendyner. Han skrev också ett antal böcker om sina upplevelser i öknen, inklusive Libyan Sands (1935), The Nature of Desert Warfare (1941) och A Pilgrimage to Mecca (1933).
Bagnold dog i Sevenoaks, Kent, 1990 vid 93 års ålder. Han anses vara en av 1900-talets mest inflytelserika ökengeomorfologer.
Förutom sitt arbete med ökendyner, gjorde Bagnold också bidrag till områdena jordmekanik, vätskemekanik och militärteknik. Han var en produktiv författare och föreläsare, och hans arbete har haft en bestående inverkan på studiet av öknar och utvecklingen av militär taktik.