Il teologo puritano inglese Thomas Cartwright nacque a Royston, nella contea del Hertfordshire nel 1535 circa. Fu educato all'università di Cambridge nel collegio Clare Hall, ma, all'avvento al trono della regina cattolica Maria Tudor (1553-1558), C. lasciò l'università per lavorare come impiegato in uno studio legale. Solo in seguito alla salita al trono di Elisabetta I nel 1558, C. ritornò all'università di Cambridge per completare i suoi studi di teologia al collegio Saint John's, dove nel 1560 divenne professore. Insegnò inoltre, come professore associato, al Trinity College dal 1563.
Fu proprio nel 1563 che scoppiò la Controversia sui Paramenti, derivata dall'opposizione di alcuni prelati e teologi all'uso, da parte degli ecclesiastici, del cappello e toga nella vita giornaliera e della cotta in chiesa. Questa presa di posizione critica e il successivo desiderio di semplificare l'organizzazione e i cerimoniali della Chiesa Anglicana furono i punti principali del movimento, denominato Puritanesimo, formato dai protestanti inglesi che volevano "purificare", cioè rendere pura, la Chiesa da tutte le forme "corrotte" e non previste dalle Sacre Scritture. C. fu considerato il più autorevole teologo del movimento insieme a Walter Travers (ca. 1548-1635) e William Perkins (1558-1603).
Con l'eccezione di una pausa di tre anni (1565-1567) in Irlanda come cappellano dell'arcivescovo di Armagh, C. rimase sempre a Cambridge ad insegnare teologia fino al 1569, anno in cui fu nominato professore titolare della cattedra di teologia al Lady Margaret College. Tuttavia, solo l'anno dopo, egli entrò in grave conflitto con John Whitgift (ca. 1530-1604), futuro arcivescovo di Canterbury, ma all'epoca vice-cancelliere dell'università, oltre che professore regio di teologia e direttore del Trinity College. Whitgift, che si oppose duramente al concetto anti-episcopale della Chiesa anglicana di C., fece sospendere quest'ultimo dal ruolo di professore nel dicembre 1570 e lo privò dell'associazione al Trinity College nel settembre 1571.
Ma già precedentemente, all'inizio del 1571, C. era emigrato a Ginevra, dove insegnò per un anno circa all'Accademia ed approfondì lo studio del calvinismo sotto le direttive di Théodore de Bèze, il capo della Chiesa di Ginevra, dopo la morte del suo fondatore, Giovanni Calvino. C. partecipò attivamente alla vita religiosa di Ginevra, probabilmente accompagnando Bèze al Sinodo calvinista francese, tenutosi a La Rochelle nell'aprile 1571 e stringendo un'amicizia con il riformatore scozzese Andrew Melville.
Il teologo puritano rientrò in Inghilterra con la prospettiva di diventare professore di lingua ebraica a Cambridge, proprio nel momento in cui infuriava la polemica sorta in seguito alla Ammonimento al Parlamento (Admonition to the Parlament) un appello, sotto forma di manifesto, pubblicato da due puritani, John Field (1545-1588) e Thomas Wilcox (1549-1603), che esortava ad una struttura non episcopale della Chiesa Anglicana.
Non solo C. condivideva questi concetti, ma contribuì alla stesura di un secondo Ammonimento, che lo mise seriamente nei guai: dovette fuggire all'estero, rimanendo lontano dall'Inghilterra fino al 1585. Risedette principalmente ad Anversa, dove fu nominato pastore della locale chiesa calvinista, ma non disdegnò di aiutare chiese consorelle, come quelle delle Isole della Manica, mentre nel 1575 declinò l'invito dell'amico Melville di diventare cattedratico all'università di Saint Andrews, in Scozia.
Nel 1585 rientrato in patria, fu imprigionato per un breve periodo, ma in seguito divenne direttore dell'ospedale, fondato dal Conte di Leicester, a Warwick. Nel 1590 fu condannato dall'alta corte e imprigionato nel carcere di Fleet a Londra, ma, ancora una volta, i suoi protettori riuscirono a farlo ben presto liberare.
C. trascorse i suoi ultimi anni di vita a Warwick, dove morì il 27 dicembre 1603.