Thales Olympio Góes de Azevedo nasceu em Salvador, no dia 26 de agosto de 1904, filho de Ormindo Azevedo e Laurinda Góes de Azevedo.

Formou-se pela Faculdade de Medicina da Bahia, em 1927. Até o final da década de 1930, seus trabalhos científicos foram quase todos voltados para a área estritamente médica. Seu interesse pela medicina social surgiu em 1940, quando entrou em contato com Josué de Castro num curso de extensão sobre alimentação e nutrição que fez na Universidade do Brasil, no Rio de Janeiro. A partir de então, reorientou a sua produção intelectual na direção dos aspectos sociais da saúde e da medicina.

Ao longo dos anos 1940, acabou trocando a medicina pelas ciências sociais. Para tal decisão, muito contribuiu o seu ingresso, em 1943, na recém-criada Faculdade de Filosofia da Universidade da Bahia, onde tornou-se professor de antropologia e etnografia. Nesse mesmo ano assumiu a direção da Escola de Serviço Social da Bahia e passou a lecionar a disciplina de pesquisa social daquele curso. Foi nesse período que abandonou a clínica médica, atividade à qual se dedicara desde a sua formatura.

Em 1949, foi convidado por Anísio Teixeira, secretário de Educação e Saúde da Bahia, para dirigir projeto de pesquisas sociais envolvendo a Universidade de Colúmbia, norte-americana, e o governo estadual. O objetivo de Anísio Teixeira com o projeto era assentar as bases de seus planos educacionais no conhecimento da realidade sócio-cultural produzido por cientistas sociais. Foi também nessa conjuntura de efervescência intelectual que a Bahia foi incluída no grande projeto da Unesco sobre o estudo das relações raciais no Brasil. No bojo desse projeto, Thales de Azevedo escreveu aquele que viria a ser o seu trabalho mais conhecido, As elites de cor: um estudo de ascensão social, que enfocava as relações entre brancos, pretos e mestiços em Salvador. O texto, publicado primeiro em Paris, em 1953, e dois anos mais tarde na Coleção Brasiliana. Seus trabalhos ao longo da década de 1950 se situaram em torno dessa temática, abordando a mestiçagem, estereótipos raciais, preconceito e ascensão social da então chamada gente de cor.

Aposentou-se na universidade em 1967. Em 1971, lecionou na Universidade de Columbia, em Nova Iorque. Na década de 1970, passou a se interessar por temas aparentemente menos importantes. No final dos anos 1980, escreveu três ensaios – "A praia: espaço de sociabilidade", "As regras do namoro à antiga" e "Ciclos da vida" – reunidos no livro O cotidiano e seus ritos, lançado postumamente, em 2004.

Faleceu em Savador, no dia 5 de agosto de 1995.

Era casado com Maria Freitas David, com quem teve oito filhos.