Bagnold wurde in Lee im Süden Londons geboren und an der Charterhouse School und der Royal Military Academy in Woolwich ausgebildet. Er wurde 1915 zum Royal Engineers ernannt und diente im Ersten Weltkrieg in Frankreich. Nach dem Krieg wurde er zur ägyptischen Armee abgeordnet und diente in Ägypten und im Sudan. 1931 veröffentlichte er „The Physics of Blown Sand and Desert Dunes“, das zu einem Klassiker auf dem Gebiet der Wüstengeomorphologie wurde.
Während des Zweiten Weltkriegs diente Bagnold in Nordafrika und Italien und wurde mit dem Distinguished Service Order und dem Order of the British Empire ausgezeichnet. Außerdem wurde er 1941 zum Fellow der Royal Society gewählt.
Nach dem Krieg kehrte Bagnold nach Ägypten zurück und setzte seine Forschungen zu Wüstendünen fort. Er schrieb auch eine Reihe von Büchern über seine Erfahrungen in der Wüste, darunter Libyan Sands (1935), The Nature of Desert Warfare (1941) und A Pilgrimage to Mecca (1933).
Bagnold starb 1990 im Alter von 93 Jahren in Sevenoaks, Kent. Er gilt als einer der einflussreichsten Wüstengeomorphologen des 20. Jahrhunderts.
Neben seiner Arbeit an Wüstendünen leistete Bagnold auch Beiträge auf den Gebieten Bodenmechanik, Strömungsmechanik und Militärtechnik. Er war ein produktiver Autor und Dozent, und seine Arbeit hatte einen nachhaltigen Einfluss auf das Studium der Wüsten und die Entwicklung militärischer Taktiken.