Carlyle Alan Thayer sinh ra tại thành phố Nevada, quận Nevada, tiểu bang California, Hoa Kỳ, là con trai của một sĩ quan Lục quân Mỹ.[2] Ông từng sống ở một vài nước khác như Đức, Pháp và Trung Hoa Dân Quốc (Đài Loan). Ông học cấp 3 tại Trường Trung học Guilderland Central ở tiểu bang New York trong ba năm, sau đó ông theo cha thuyên chuyển đến Puerto Rico và tốt nghiệp Trường Trung học Antilles tại San Juan.[2]

Năm 1967, Thayer tốt nghiệp Đại học Brown, chuyên ngành Khoa học chính trị.[4][2] Giai đoạn 1967-1968, ông làm tình nguyện viên tại Việt Nam Cộng hòa theo chương trình của tổ chức phi lợi nhuận Mỹ International Voluntary Services. Có thời gian ông làm giáo viên tình nguyện tại Botswana trong chương trình của tổ chức phi lợi nhuận Unitarian Universalist Service Committee.[5] Ông lấy bằng thạc sĩ chuyên ngành Nghiên cứu Đông Nam Á tại Đại học Yale vào năm 1971 và bằng tiến sĩ chuyên ngành Quan hệ quốc tế tại Đại học Quốc gia Úc vào năm 1977.[3][5]

Từ năm 1976, ông về giảng dạy tại Viện Công nghệ Bendigo ở Bendigo, tiểu bang Victoria, Úc. Năm 1979, ông chuyển đến Đại học New South Wales, ban đầu công tác tại Khoa Nghiên cứu Quân sự thuộc Trường Quân sự Hoàng gia ở Duntroon (Royal Military College, Duntroon). Năm 1986, ông chuyển sang University College, ADFA [tức UNSW@ADFA - một nhánh của Đại học New South Wales] và công tác tại đây cho đến nay.[5] Trong thời gian ở University College, có vài lần ông tạm rời trường này để nhận nhiệm vụ mới được giao, đó là các giai đoạn 1992-1995, 1999-2001 và 2002-2004. Trong đó, lần 1999-2001 là khi ông nhận vị trí Giáo sư nghiên cứu an ninh Đông Nam Á và Phó khoa Nghiên cứu vùng thuộc Trung tâm châu Á-Thái Bình Dương về Nghiên cứu An ninh (Asia-Pacific Center for Security Studies) thuộc Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ. Ông được nâng bậc làm giáo sư đầy đủ vào năm 1998.[5]

Thayer từng có những kì nghiên cứu tại nhiều trung tâm trực thuộc các trường đại học trên thế giới, chẳng hạn Trung tâm Nghiên cứu Chiến lược và Quốc phòng (Strategic and Defence Studies Centre, Đại học Quốc gia Úc), Trung tâm Các vấn đề Quốc tế (Center for International Affairs, Đại học Harvard), Viện Quốc tế về Nghiên cứu Chiến lược (International Institute of Strategic Studies) ở Luân Đôn, Viện Nghiên cứu Chiến lược và Quốc tế (Institute of Strategic and International Studies, Đại học Chulalongkorn, Thái Lan), Viện Nghiên cứu Đông Nam Á (Institute of Southeast Asian Studies, Singapore) và Khoa Khoa học Chính trị (Department of Political Science, Đại học Yale).[5] Năm 2005, ông làm giáo sư thỉnh giảng khách quý C.V. Starr (C.V. Starr Distinguished Visiting Professor) tại Trường Nghiên cứu Quốc tế Cao cấp thuộc Đại học Johns Hopkins.[3]

Ông chính thức nghỉ hưu vào cuối năm 2010 và được vinh danh với bằng giáo sư danh dự (Emeritus Professor) Đại học New South Wales tại Học viện Quốc phòng Úc [UNSW@ADFA].[4] Từ khi nghỉ hưu ông vẫn tiếp tục công việc nghiên cứu, xuất bản sách và giám sát các nghiên cứu sinh trình độ tiến sĩ.[4]

Thayer từng là quan sát viên chính thức của Liên Hiệp Quốc trong các cuộc bầu cử ở Campuchia.[3] Ông biết tiếng Lào, tiếng Thái và tiếng Việt.[5]