Nació el 6 de abril de 1938 en Chicago, Illinois (USA).
Estudió en Los Ángeles City College. En un principio tuvo intenciones de dedicarse a la medicina o convertirse en jugador de fútbol americano. Sin embargo, acabó introduciéndose en el mundo de la radio como ingeniero, DJ, locutor de informativos y actor radiofónico en seriales. Tras un tiempo en en la Policía Paramilitar del Ejército de los Estados Unidos, decidió dedicarse de lleno a la interpretación.
En 1957 debutó en televisión con un episodio de la serie "Cavalcade of America". A finales de los 50 y principios de los 60 participó en capítulos de "Peter Gunn". "Los intocables", "La hora once", "La llamada del oeste", "La ley del revólver", "Hospital General", "FBI", "Almas en la hoguera" y "El fugitivo".
Entre 1965 y 1966 fue Ben Quick en la serie de una temporada "The Long Hot Summer", basada en la novela "El largo y cálido verano" de William Faulkner.
Entre 1967 y 1968 protagonizó de "Los invasores", serie de ciencia-ficción de dos temporadas creada por Larry Cohen. En ella interpretó a David Vincent (Roy Thinnes), un arquitecto que una noche, tras tomar un destino de carretera equivocado, presenciaba el aterrizaje de una nave de procedencia extraterrestre. Poco tiempo después Vincent comenzaba a atar cabos y descubría que aquel incidente era la avanzadilla de una futura invasión alienígena perpetrada por seres de un planeta a punto de ser inhabitable y que se camuflaban como corrientes humanos (se les podía identificar por diversas razones, que iban desde la incapacidad de mover el dedo meñique, pasando por el hecho de que no tenían corazón o que brillaban cuando perdían energía). Sin que pudiese demostrarlo con claridad y siendo considerado una amenaza por parte de los invasores, Vincent iniciaba su particular lucha y en su camino encontraba la ayuda Edgar Scoville (Kent Smith), el líder de un grupo completado por otros seis miembros. Esta fue entrenada en España a través de TVE en 1968. En 1995 se estrenó una secuela en formato de telefilm donde Roy Thinnes realizó un papel secundario retomando su rol de David Vincent.
Entre 1970 y 1971 fue el Dr. James Whitman en la serie dramática de una temporada "The Psychiatrist". A lo largo de los 70 y principios de los 80 participó en telefilms y miniseries como "Melodía fatal" (1971), "Escuela satánica para chicas" (1973), "Secrets" (1977), "The Return of Mod Squad" (1979), "A mi estilo" (1979), "Libertad" (1981), "Escrúpulos" (1981), "Hervidero" (1981) y "Pasaporte al terror" (1989). También intervino en el western "Charlie el tuerto" (1973) y fue actor de reparto en "Aeropuerto 75" (1974) y "Hindenburg" (1975). En 1979 dio vida a Dana Holmes en la miniserie "De aquí a la eternidad". Entre 1982 y 1983 fue Nick Hogan en 20 episodios pertenecientes a la segunda y tercera temporada de "Falcon Crest".
En 1991 encarnó a Roy Collins/Reverendo Trask en la serie de terror de una temporada "Vampiros", un remake del culebrón "Dark Shadows". Ese mismo año participó en la miniserie "Enredos de sociedad". Acto seguido fue secundario en los telefilms "Detective con faldas" (1992) y "Fase terminal" (1992). A lo largo de su carrera ejerció como actor invitado en series como "Galáctica: Estrella de combate", "El Supertren", "Vacaciones en el mar", "Hotel", "Autopista hacia el cielo", "La guerra de los mundos", "Se ha escrito un crimen", "Contacto en California", "Los casos secretos del FBI", "Walker, Texas Ranger", "Poltergeist; el legado", "Tocados por un ángel", "Ley y orden", "Los Soprano", "Expediente X", "Ley y orden: Acción criminal", "Oz", "Ley y orden: Unidad de víctimas especiales" y "NY: Distrito judicial". En 2001 realizó un breve papel de reparto en "Una mente maravillosa" de Ron Howard. 
Sus últimos trabajos interpretativos los llevó a cabo como secundario en las películas de bajo presupuesto "Eyes of Van Gogh" (2005), "Undome" (2006), "Spectropia" (2006) y "Broken English" (2007). En 2014 fue entrevistado en el documental "The Green Girl". Actualmente está retirado de la interpretación, aunque se dedica a la pintura. Como artista gráfico, ha realizado exposiciones en Texas. En lo personal, se ha casado en cuatro ocasiones: Su primera esposa fue Barbara Edna Ainslee (1962-67), junto a la que tuvo a su primer hijo. Entre 1967 y 1985 se unió a la actriz y productora Lynn Loring, madre de sus hijos Christopher y Casey. También tuvo otros dos hijos con Katherine Smythe (1987-2001). Desde 2005 comparte su vida con la productora, manager de producción y editora Stephanie Batailler. 
