Christian Matthias Theodor Mommsen wurde am 30. November 1817 in Garding (Schleswig) als Sohn eines Pfarrers geboren. Nach Privatunterricht und Gymnasiumsbesuch in Altona studierte er seit 1838 in Kiel zusammen mit Theodor Storm, mit dem er eine "Studentenbude" hatte. 1843 promovierte er nach dem juristischen Examen in Kiel. In demselben Jahr brachten Theodor Mommsen, sein Bruder Tycho und Theodor Storm zusammen das "Liederbuch dreier Freunde" heraus. Seine erste berufliche Tätigkeit als Lehrer an der Altonaer Mädchenschule wurde 1844 bis 1847 von Studienreisen unterbrochen. Ein Stipendium der dänischen Regierung ermöglichte ihm 1844-47 einen dreijährigen Frankreich- und Italienaufenthalt, den er für ausgiebige epigraphische Studien nutzte.
Nach der Rückkehr aus Italien war Mommsen 1848 als Zeitungsredakteur tätig. In demselben Jahr wurde er außerordentlicher Professor der Rechte in Leipzig. Wegen seiner publizistischen Attacken auf die sächsische Regierung, die das Parlament aufgelöst hatte, und der „Teilname an liberalen politischen Bewegungen“ wurde er 1850 des Amtes enthoben.
1852 wurde er zum Ordinarius für Römisches Recht in Zürich ernannt, 1854 auf eine ordentliche Professur für Römisches Recht in Breslau berufen. Für Mommsen war Geschichtsschreibung eine Kunst. Ab 1854 bis 1856 arbeitete er an der grandiosen, wenngleich unvollendeten, Römischen Geschichte, für die er 1902, als erster Deutscher den Literaturnobelpreis erhielt. Dieses Werk war und bleibt eine epochemachende Darstellung, ein Meisterwerk der Geschichtsschreibung, das sich einen festen Platz in der Weltliteratur erobert hat.
1854 heiratete er die Tochter seines Verlegers, Marie Reimer, in Breslau. Das Paar hatte zusammen 16 Kinder.
1858 wurde er zur Förderung des Projekts einer umfassenden Sammlung aller lateinischen Inschriften (Corpus Inscriptionum Latinarum) als hauptamtliches Mitglied der Berliner Akademie bestellt, 1861 zudem zum Professor der alten Geschichte an der Berliner Universität ernannt. Mommsen verstand sich vor allem als Jurist und Philologe, dessen Aufgabe es war, die objektiven Zeugnisse der Antike ans Licht zu holen und diese "Archive der Vergangenheit zu ordnen". Diesem Ziel dienten die Arbeit am CIL, die "Geschichte des römischen Münzwesens" (1860), die veröffentlichung spätantiker Autoren (im Rahmen der Monumenta Germaniae Historica) und die Editionen der römischen Rechtsquellen. Einen sicheren Grund für die Rekonstruktion der Vergangenheit sah er in den Instituten des römischen Rechts, dessen Systematik er für das öffentliche Recht mit dem "Römischen Staatsrecht" (1871-88) und dem "Römischen Strafrecht" (1899) rekonstruierte.
Von 1874 bis 1895 war er ständiger Sekretär der Akademie der Wissenschaften. Mommsen war kein reiner Stubengelehrter, der sich im universitären Bereich verkroch, sondern zugleich ein streitbarer Bürger, Politiker, Journalist und sogar Parlamentarier des Reichstages. In diesen Jahren gründete und betreute Mommsen eine Anzahl bedeutender Editionsprojekte. Er war außerdem Mitglied des Preußischen Abgeordnetenhauses 1863-66 von der Fortschrittspartei, 1873-79 von den Nationalliberalen. Mommsen war als entschiedener Gegner und strenger Kritiker Bismarcks bekannt. Gegen Bismarck verteidigte er den Anspruch des selbstbewussten, den Idealen von 1848 verpflichteten Bürgers, und trat mutig seinem Berliner Kollegen Heinrich von Treitschke link* entgegen, als dieser sich 1879 zum akademischen Wortführer des Antisemitismus machte.
In das spätere Lebenswerk von Mommsen fallen vor allem Editionsarbeiten und rechtshistorisch-dogmatische Untersuchungen, von denen viele, wie beispielsweise die Conscriptionsordnung der römischen Kaiserzeit (1884), trotz späterer Kritik und Korrekturen noch immer Standardwerke des Faches darstellen. Theodor Mommsen starb am 1. November 1903 in Charlottenburg und fand seine letzte Ruhe auf dem Dreifaltigkeitsfriedhof in Berlin/Kreuzberg.