Roy Thinnes est né le 6 avril 1938 à Chicago en Illinois et suivit des études au City College de Los Angeles.

Il rêvait de devenir médecin ou footballeur, voire même les deux. Cependant, il commença à travailler dans une station de radio à des postes divers en tant que machiniste, DJ ou encore dans les journaux d'informations, ce qui le rapprocha du cinéma. Cela stimula sa future vocation.

Son premier travail régulier l'emmena sur les plateaux de General Hospital, un feuilleton quotidien très populaire au Etats-Unis, incarnant Phil Brewer, en 1963. Sa prestation pendant cette période de trois ans et demi lui apporta un début de renommée.
La jeune idole de télévision qu'il était devenu déclencha une avalanche de courrier de protestation quand il quitta momentanément le tournage de General Hospital pour d'autres emplois intérimaires.

Il se mariera avec Barbara Ainslee le 30 Mars 1962. Ils se sépareront quelques années après.

Suite à une campagne musclée pour obtenir le rôle de Ben Quick dans l'adaptation télévisée, en 1965, du film The long, hot summer sorti en 1958, Roy Thinnes gagna la partie ainsi qu'une attirance certaine de ses fans féminins qui virent en lui un second Paul Newman.
Il y participa pendant un an.

Alors que la série The long, hot summer ne remporta pas le succès escompté, il eut plus de chance dans le rôle d'un témoin privilégié, investi d'une quète impossible : prévenir la planète qu'ils sont là !

David Vincent était né et Les Envahisseurs devait passionner plus d'un téléspectateur. Cette série fut diffusée pour la première fois en 1967 sur la chaîne ABC. Elle dura deux ans.

En France, l’ORTF commença à la diffuser en 1969 sur la première chaîne.

Le succès de cette série lui fît rencontrer en 1967 sa seconde femme, l’actrice Lynn Loring qui joua avec lui dans le film DoppelGänger, (Journey To The Far Side Of The Sun). Elle joua Madeline Flagg dans un épisode des Envahisseurs, Panique. Ils eurent 2 enfants et se séparèrent en 1984.

Roy Thinnes participera aussi à 3 épisodes (Saison 4, épisode 24 : Anasazy; saison 5, épisode 1 : Tout ne doit pas mourir et saison 8, épisode 14 : Espérance) de la série X-Files (Aux frontières du réel) dans lesquels il incarne Jeremiah Smith, un extraterrestre doué de fantastiques pouvoirs, venant aider les humains victimes de ses congénaires nettement moins scrupuleux.
Hommage à la série Les Envahisseurs décrit dans le fascicule de la saison 4 tiré du coffret The X files, l'intégrale des 9 saisons et les deux longs métrages, aux pages 12 et 13 :