Теодор Вильям Ричардс родился 31 января 1868 года в Пенсильвании (США). Он был четвертым из шести детей в семье художника Уильяма Т.Ричардса и поэтессы Анны Мэтлак. Летние месяцы Ричардсы проводили в своем доме в Ньюпорте, где их соседом был профессор химии Гарвардского университета Дж.П.Кук-младший. Кук пробудил в мальчике интерес к науке.
Поступив сразу на второй курс Хаверфорд-колледжа в возрасте 14 лет, Ричардс превосходил других учеников в знании химии и астрономии. В 1885 году он лучше всех из класса закончил колледж и получил степень бакалавра наук по химии. Поступив той же осенью в Гарвардский университет, чтобы заниматься у Кука, он в 1886 году блестяще окончил его по курсу химии. В качестве аспиранта Кука Ричардс в 1888 году занялся изучением связи между атомными массами.
В первую очередь, Ричардс стал определять атомные массы кислорода и водорода. Чтобы повысить точность измерения, он изобрел несколько новых приборов, включая аппаратуру, предотвращавшую загрязнение опытных образцов влагой из атмосферы, калориметр, который не был подвержен воздействию небольших температурных колебаний, вызываемых исследуемыми веществами, и нефелометр – устройство, позволяющее визуально определять концентрацию или размеры частиц в растворе.
Изучение термодинамических свойств элементов при низких температурах позволило Ричардсу в 1902 году сделать наблюдения, которые предвосхитили третий закон термодинамики, открытый три года спустя Нернстом.
После того, как в 1888 году Ричардс получил степень доктора философии в Гарвардском университете, он получил стипендию Паркера, позволившую продолжить образование в Германии. По возвращении в Гарвард Ричардс стал преподавателем количественного анализа, в 1891 году — куратором, а в 1894 — ассистент-профессором Гарвардского университета.
С 1888 по 1923 годы Ричардс точно определил атомные массы 25 элементов. В 1915 году Ричардсу была присуждена Нобелевская премия (за 1914) «за точное определение атомных масс большого числа химических элементов».
Ученый скончался 2 апреля 1928 года в Кембридже.