Leessä Etelä-Lontoossa syntynyt Bagnold opiskeli Charterhouse Schoolissa ja Royal Military Academyssa Woolwichissa. Hänet nimitettiin Royal Engineersiin vuonna 1915, ja hän palveli Ranskassa ensimmäisen maailmansodan aikana. Sodan jälkeen hänet määrättiin Egyptin armeijaan ja palveli Egyptissä ja Sudanissa. Vuonna 1931 hän julkaisi teoksen The Physics of Blown Sand and Desert Dunes, josta tuli klassinen teos aavikon geomorfologian alalla.
Toisen maailmansodan aikana Bagnold palveli Pohjois-Afrikassa ja Italiassa, ja hänelle myönnettiin Distinguished Service Order ja Brittiläisen imperiumin ritarikunta. Hänet valittiin myös Royal Societyn jäseneksi vuonna 1941.
Sodan jälkeen Bagnold palasi Egyptiin ja jatkoi aavikon dyynien tutkimusta. Hän kirjoitti myös useita kirjoja kokemuksistaan autiomaassa, mukaan lukien Libyan Sands (1935), The Nature of Desert Warfare (1941) ja A Pilgrimage to Mecca (1933).
Bagnold kuoli Sevenoaksissa Kentissä vuonna 1990 93-vuotiaana. Häntä pidetään yhtenä 1900-luvun vaikutusvaltaisimmista aavikon geomorfologeista.
Aavikon dyynien parissa tekemänsä työnsä lisäksi Bagnold osallistui myös maaperän mekaniikan, nestemekaniikan ja sotilastekniikan aloille. Hän oli tuottelias kirjailija ja luennoitsija, ja hänen työllään on ollut pysyvä vaikutus aavikoiden tutkimukseen ja sotilastaktiikoiden kehittämiseen.