Tạ Thu Thâu sinh tại làng Tân Bình, tổng An Phú, quận Thốt Nốt (sau này tách ra thành lập quận Lấp Vò), tỉnh Long Xuyên (ngày nay thuộc thị trấn Lấp Vò, huyện Lấp Vò, tỉnh Đồng Tháp), là con thứ tư trong một gia đình đông con và nghèo khó. Cha ông là Tạ Văn Sóc làm nghề thợ mộc kiêm nghề bốc thuốc. Từ năm 11 tuổi, sau khi mẹ qua đời, ông đậu bằng tiểu học và trúng tuyển nhập học trường trung học Chasseloup Laubat.

Sau khi đậu bằng tú tài Bản xứ (Baccalauréat Franco-Indigène) ông dạy học ở trường tư thục Nguyễn Xích Hồng, Sài Gòn và tham gia những tổ nhóm thanh niên yêu nước, trong đó có đảng An Nam trẻ (Jeune Annam) năm 1925. Sau đó hội đoàn này bị nhà cầm quyền thuộc địa giải tán. Tạ Thu Thâu coi giai đoạn này trong đời ông là "giấc mộng liều mạng của tuổi trẻ".

Năm 1926, Tạ Thu Thâu tham gia nhiều cuộc biểu tình phản đối chính phủ Pháp, đòi các quyền tự do, dân chủ cho dân Việt. Qua Pháp tháng 7 năm 1927 khi 21 tuổi, học Khoa học tại Đại học Paris, ông gia nhập An Nam Độc lập Đảng (tiếng Pháp: Parti Annamite de l'Indépendance, PAI) của Nguyễn Thế Truyền và đảm nhiệm điều khiển đảng này năm 1928 sau khi Nguyễn Thế Truyền về nước. Ông đứng tên cùng với Huỳnh Văn Phương xuất bản tờ La Résurrection chống chính phủ Thuộc địa. Chỉ được ít lâu báo bị đình bản và đảng Độc lập bị giải tán.

Năm 1929, ông tham gia hội nghị Liên đoàn Phản Đế (Liên hiệp Chống Chủ nghĩa Đế quốc) ở Frankfurt, Đức. Cùng năm đó, ông bắt đầu tiếp xúc với các nhóm cánh tả, chống chủ nghĩa thực dân tại Paris, như Felicien Challey, Francis Jourdain và nhà văn, nhà sử học Daniel Guérin. Ông được Alfred Rosmer - một người bạn, người đồng chí, học trò của Trotsky - giới thiệu vào tổ chức Trốt-kít tại Pháp. Từ đó, ông trở thành một lãnh tụ Trốt-kít Việt Nam đầu tiên.

Ngày 20 tháng 5 năm 1930, Tạ Thu Thâu cùng một số kiều dân Việt ở Pháp tham gia cuộc biểu tình trước điện Elysée phản đối việc xử tử Nguyễn Thái Học và 12 đồng chí Việt Nam Quốc dân đảng ở Yên Bái. Vì vậy, ông bị bắt cùng 18 thành viên Tổng hội Sinh viên Đông Dương (Association Générale des Etudiants Indochinois) trong đó có Nguyễn Văn Tạo và Trần Văn Giàu) và bị trục xuất về Việt Nam vào cuối tháng 5.

Về nước, Tạ Thu Thâu là một lãnh tụ ái quốc nổi bật. Là người tổ chức và lãnh đạo phong trào Tả Đối lập Trốt-kít (L'Opposition de Gauche), ông hoạt động cách mạng bằng nhiều phương tiện. Về báo chí, ông xuất bản tờ Vô sản (tháng 5 năm 1932), làm báo Pháp ngữ La Lutte (Tranh đấu; tháng 4 năm 1933); nhóm trí thức làm báo này được gọi là "Les Lutteurs" (nhóm Tranh đấu) theo tên tờ báo. Có tên trong đó còn có Nguyễn An Ninh, Phan Văn Hùm, Huỳnh Văn Phương, Trần Văn Thạch và Dương Bạch Mai. Vì những hoạt động này Tạ Thu Thâu bị kết án hai năm tù treo.

Đầu năm 1937, ông và các nhân vật trong nhóm Tranh đấu ứng cử vào Hội đồng Thành phố Sài Gòn nhân danh Sổ lao động cùng với Dương Bạch Mai, Nguyễn Văn Tạo, Phan Văn Hùm đắc cử vẻ vang. Tuy vậy Tạ Thu Thâu bị bắt giam, mãi đến năm 1939 ông mới được thả.

Năm 1939, ông cùng nhóm Tranh đấu ứng cử vào Hội đồng Quản hạt (Hội đồng Thuộc địa Nam Kỳ). Cho rằng cuộc bầu cử tổ chức gian lận, ông phản đối với Toàn quyền Đông Dương và Quốc hội Pháp. Trong khi đó có nhiều cuộc biểu tình chống bầu cử gian lận. Pháp bắt hết cả liên danh đưa ra tòa với tội "phá rối trị an". Từ năm 1932 đến 1940, Tạ Thu Thâu 6 lần bị bắt và 5 lần bị kết án. Nếu cộng hết các án ông lãnh, ông bị tất cả 13 năm tù và 10 năm biệt xứ.

Cuối năm 1944, sau khi được phóng thích từ tù Côn Đảo, ông dự định thành lập đảng Xã hội Thợ thuyền. Ông ra Bắc bắt liên lạc với một số đồng chí nhằm xuất bản tờ báo Chiến Đấu, để làm cơ quan ngôn luận của đảng Xã hội Thợ thuyền miền Bắc. Ông cũng tham gia nhiều cuộc mít tinh của thợ mỏ tại Hải Phòng, Nam Định, Hải Dương.

Tháng 9 năm 1945, sau khi Nhật đảo chính Pháp, ông về Nam Kỳ, trên đường về, ông bị Việt Minh bắt và sau đó xử tử tại Quảng Ngãi theo lệnh Trần Văn Giàu.[1][2][3]