Томлинсон родился в 1941 году, в 1963-м получил степень бакалавра электронного машиностроения в Ренсселлеровском политехническом институте, затем учился в Массачусетском технологическом институте. В 1967 году он приступил к работе в исследовательской компании Bolt, Beranek and Newman, ныне Raytheon BBN Technologies.
К 1971 году Томлинсон разработал первое приложение для обмена электронной почтой по сети ARPANET, объединив код программы SNDMSG, позволявшей переписываться локально на многопользовательском компьютере с разделением времени, с утилитой для пересылки файлов по сети CPYNET. Как признавался Томлинсон, у него и коллег не было конкретного заказа на разработку электронной почты — в их задачи входил поиск возможных применений для ARPANET, и идея обмена сообщениями казалась им одной из очевидных.