A dél-londoni Lee-ben született Bagnold a Charterhouse Schoolban és a woolwichi Királyi Katonai Akadémián tanult. 1915-ben a Királyi Mérnökökhöz rendelték, és az I. világháború alatt Franciaországban szolgált. A háború után az egyiptomi hadsereghez rendelték, és Egyiptomban és Szudánban szolgált. 1931-ben megjelentette a The Physics of Blown Sand and Desert Dunes című művét, amely a sivatagi geomorfológia területén klasszikus művé vált.
A második világháború alatt Bagnold Észak-Afrikában és Olaszországban szolgált, és megkapta a Distinguished Service Order és a Brit Birodalom rendjét. 1941-ben a Royal Society tagjává is választották.
A háború után Bagnold visszatért Egyiptomba, és folytatta a sivatagi dűnék kutatását. Számos könyvet is írt a sivatagban szerzett tapasztalatairól, köztük a Libyan Sands (1935), a The Nature of Desert Warfare (1941) és a Zarándoklat Mekkába (1933) című könyveket.
Bagnold 1990-ben, 93 évesen halt meg Sevenoaksban, Kentben. A 20. század egyik legbefolyásosabb sivatagi geomorfológusaként tartják számon.
A sivatagi dűnéken végzett munkája mellett Bagnold a talajmechanika, a folyadékmechanika és a haditechnika területén is közreműködött. Termékeny szerző és előadó volt, munkássága maradandó hatással volt a sivatagok tanulmányozására és a katonai taktika fejlődésére.