W wieku 16 lat otrzymał licencjat (Bachelor of Science) z Flinders University, a rok później został magistrem (Master’s Degree). Cztery lata później obronił doktorat w Princeton, a w wieku 24 lat został profesorem matematyki na Uniwersytecie Kalifornijskim w Los Angeles. W 2006 r. jako pierwszy Australijczyk, w wieku 31 lat, został nagrodzony Medalem Fieldsa za całokształt osiągnięć (wygłosił też związany z tym wykład plenarny na Międzynarodowym Kongresie Matematyków). W 2012 otrzymał Nagrodę Crafoorda.
Rodzina Jego rodzicami są dr Billy (pediatra) i Grace Tao (nauczycielka fizyki i matematyki).
Ma dwóch młodszych braci, Trevora i Nigela: Trevor (ur. 1977), sawant, ukończył studia muzyczne i ma doktorat z matematyki, pracuje dla australijskiej organizacji Defense Science and Technology Organisation. Nigel (ur. 1979) jest magistrem fizyki i informatyki, pracuje dla Google.
Terry Tao jest żonaty, mieszka w Los Angeles z żoną Laurą, córką Nim i synem Williamem (ur. 2003), który podobnie jak jego ojciec nauczył się samodzielnie czytać w wieku 3 lat.