Hijo del editor Bert Gunn, nació en 1929 en Gravesend, Kent. Sus padres eran periodistas y se divorciaron cuando Thom tenía diez años de edad; más adelante, durante su adolescencia, su madre se suicidó. Fue ella quien le inculcó el amor por la lectura. En 1954 publicó su primer libro Fighting Terms. La crítica lo situó a la altura de Ted Hughes y Philip Larkin como el poeta más prometedor de su generación, pero Gunn dio un vuelco a su vida y a su obra cuando decidió emigrar a los Estados Unidos, siguiendo a su pareja, Mike Kitay. Allí dio clases en Stanford y en California, y se introdujo en la contracultura de San Francisco, atraído por la vida bohemia. Estas experiencias abrieron su poesía a temas nuevos como la experimentación con drogas y a otros que había reprimido en Inglaterra como la homosexualidad. En 1992 escribió su libro más famoso El hombre con sudores nocturnos donde levantaba acta del miedo y los estragos que había provocado el SIDA (enfermedad de la que nunca se contagió) y que le valió el Premio Lenore Marshall. A lo largo de su carrera recibió también los premios David Cohen, el Premio Levinson, el Premio Arts Council of Great Britain, el Premio Rockefeller y el Premio Lila Wallace, entre otros. Su última colección de poesía fue Boss Cupid publicada poco antes de su muerte en 2004.