Thái Phiên quê tại làng Nghi An, xã Hòa Phát, huyện Hòa Vang, tỉnh Quảng Nam (nay là Khối Nghi An, phường Hòa Phát, quận Cẩm Lệ, TP Đà Nẵng).[2] Thời trẻ ông đi tu tại chùa Cổ Lâm (miền núi Quảng Nam). Một thời gian sau, ông vào Bình Ðịnh làm nghề dạy học và hoạt động cách mạng, tham gia khởi nghĩa chống Pháp. Năm 1904, ông tham gia phong trào Ðông Du, năm 1908 ông tham gia Duy Tân cùng Phan Bội Châu, Phan Châu Trinh. Từ năm 1913, ông là một trong những người lãnh đạo Việt Nam Quang Phục Hội miền Nam Trung Kỳ.

Ðầu năm 1916, ông và Trần Cao Vân đã gặp Vua Duy Tân thống nhất kế hoạch khởi nghĩa lật đổ Pháp. Kế hoạch bị tiết lộ, cuộc khởi nghĩa không thành, Thái Phiên, Trần Cao Vân và Vua Duy Tân bị Pháp bắt trên đường lên căn cứ vào rạng sáng ngày 4 tháng 5 năm 1916. Ngày 17 tháng 5 năm 1916, cùng với hai chiến hữu của mình là Nguyễn Quang Siêu, Tôn Thất Ðề và một số người khác, ông bị thực dân Pháp và Nam triều xử chém tại cống Chém (An Hòa, Thành phố Huế), chôn lấp cùng một hố với Trần Cao Vân.

Tháng 6 năm 1925, bà Trương Thị Dương, người cùng hoạt động trong Việt Nam Quang Phục Hội, nhóm của ông, đã bí mật đưa hài cốt hai ông từ An Hòa về chôn gần tháp Hòa thượng Kiết Mao thuộc xã Thủy Xuân. Sau đó 11 ngày việc cải táng có nguy cơ bị bại lộ, bà Dương lại từ Quảng Trị vào, rồi đêm đến bí mật đào hài cốt hai ông đem chôn chung một mộ tại đồi thông Từ Hiếu (trên đường lên lăng Tự Ðức).