Γεννήθηκε στον Πειραιά, στο Νέο Φάληρο, στις 29 Μαΐου του 1927 από το Βασίλη και την Ευδοκία Βέγγου, των οποίων ήταν και το μοναδικό παιδί. Ο Θανάσης Βέγγος νοσηλευόταν από τις 19 Δεκεμβρίου 2010 στην Εντατική Μονάδα του "Ερυθρού Σταυρού" λόγω εγκεφαλικού επεισοδίου. Απεβίωσε στις 3 Μαΐου 2011, λίγο μετά τις 7 το πρωί, λίγο πριν συμπληρώσει τα 84 χρόνια του. Ο πατέρας του ήταν δημόσιος υπάλληλος, συγκεκριμένα εργαζόταν στην Εταιρεία Ηλεκτρισμού, και ήρωας της αντίστασης. Μετά τον πόλεμο, εκδιώχθηκε από τη δουλειά του εξαιτίας των πολιτικών του φρονημάτων. Η απόλυση του πατέρα του προκάλεσε, όπως ήταν αναμενόμενο, σοβαρό οικονομικό πρόβλημα στην οικογένεια του Θανάση, κάτι που τον αναγκάζει να ριχτεί στον αγώνα για το μεροκάματο. Κυριότερη μεταξύ των επαγγελμάτων με τα οποία ασχολήθηκε ήταν η απασχόληση σε επεξεργασίες δερμάτων. Παράλληλα έκανε διάφορα μικροθελήματα στη γειτονιά του. Τα χρόνια 1948-1950 εξορίστηκε στη Μακρόνησο, όπου γνωρίστηκε με τον μετέπειτα γνωστό σκηνοθέτη Νίκο Κούνδουρο. Αυτή η γνωριμία οδήγησε στην πρώτη του εμφάνιση στον κινηματογράφο, το 1954 στην ταινία Μαγική Πόλις του Κούνδουρου. Για τα επόμενα πέντε χρόνια έπαιξε σε μικρούς ρόλους, εργαζόμενος παράλληλα και ως φροντιστής στα πλατό. Την περίοδο αυτή εμφανίστηκε σε μερικές από τις πιο ιστορικές ταινίες του ελληνικού κινηματογράφου, όπως Ο δράκος, Διακοπές στην Αίγινα, Μανταλένα, Συννεφιασμένη Κυριακή, Ο Ηλίας του 16ου, Ποτέ την Κυριακή. Ο πρώτος του μεγάλος ρόλος είναι μαζί με το Νίκο Σταυρίδη στην ταινία Οι δοσατζήδες του 1960. Τον ίδιο καιρό, το 1959 πήρε άδεια ασκήσεως επαγγέλματος ηθοποιού όχι από Σχολή αλλά ως εξαιρετικό ταλέντο με εξετάσεις σε ειδική επιτροπή. Η πρώτη του θεατρική παράσταση ήταν στην επιθεώρηση «Ομόνοια πλατς πλουτς», δίπλα στους Νίκο Ρίζο και Γιάννη Γκιωνάκη, επίσης το 1959.
Τα επόμενα χρόνια, συνεργαζόμενος κυρίως με τον σκηνοθέτη Πάνο Γλυκοφρύδη, αναπτύσσει τον τύπο του νευρικού, αεικίνητου τύπου, που τον καθιέρωσε και αρχίζει να γίνεται δημοφιλής. Με ταινίες όπως Ψηλά τα χέρια, Χίτλερ, Μην είδατε τον Παναή, Ζήτω η τρέλα, Πολυτεχνίτης κι ερημοσπίτης καθιερώνεται στη συνείδηση του κοινού. Το 1964, σε αναζήτηση καλλιτεχνικής ελευθερίας, ίδρυσε τη δική του εταιρία παραγωγής ΘΒ - Ταινίες Γέλιου. Την περίοδο 1965-1969, συνεργαζόμενος με τον Πάνο Γλυκοφρύδη και τον Ερρίκο Θαλασσινό, αλλά και σκηνοθετώντας ο ίδιος κάποιες φορές, γύρισε τις καλύτερες κατά γενική ομολογία ταινίες του, όπως τις Φανερός πράκτωρ 000, Τρελός, παλαβός και Βέγγος, Ποιος Θανάσης;, που τις χαρακτηρίζουν το σουρεαλιστικό χιούμορ, ο αυτοσχεδιασμός και η πηγαία ερμηνεία. Παρά την εμπορική και καλλιτεχνική τους επιτυχία, οι ταινίες αυτές οδηγούν την εταιρία του Βέγγου σε κλείσιμο και τον ίδιο σε οικονομική καταστροφή, από την οποία θα συνέλθει μόνο μετά από πολλά χρόνια.
Η καριέρα του συνεχίζεται με τον σκηνοθέτη Ντίνο Κατσουρίδη, ενώ η δημοτικότητά του παραμένει σταθερή κι οδηγεί στην αποθέωσή του από τον κόσμο στο Φεστιβάλ Κινηματογράφου Θεσσαλονίκης του 1971, όπου η ταινία Τι έκανες στον πόλεμο Θανάση; αποσπά τα βραβεία κριτικών και κοινού. Άλλη σημαντική ταινία αυτής της περιόδου είναι Ο Θανάσης στη χώρα της σφαλιάρας του 1976. Η θεματολογία των ταινιών του μετατοπίζεται προς την κοινωνική κριτική, ενώ το 1983 σταματά για λίγα χρόνια να κάνει κινηματογράφο. Τη δεκαετία του '80 ασχολείται με το γύρισμα έξι βιντεοταινιών και της τηλεοπτικής σειράς Βεγγαλικά που, μετά από προσπάθειες πολλών ετών, προβλήθηκε τελικά στην τηλεόραση το 1988. Το 1990 εμφανίστηκε στη σειρά του ΑΝΤ1 Αστυνόμος Θανάσης Παπαθανάσης.
Η επιστροφή του στον κινηματογράφο γίνεται με την ταινία Ήσυχες μέρες του Αυγούστου του Παντελή Βούλγαρη. Η ερμηνεία του έχει πια διαφοροποιηθεί, είναι χαμηλών τόνων αλλά μεγάλης εκφραστικότητας, με κορυφαία στιγμή το ρόλο του στην ταινία Όλα είναι δρόμος του 1998. Την περίοδο αυτή εμφανίστηκε επίσης στην Επίδαυρο, το 1997 στο ρόλο του Δικαιόπολι στους Αχαρνής και το 2001 στην Ειρήνη του Αριστοφάνη με μεγάλη επιτυχία. Το 2002, σχεδόν πενήντα χρόνια μετά την πρώτη του κινηματογραφική εμφάνιση, ο Θανάσης Βέγγος κράτησε έναν από τους βασικούς ρόλους στην τηλεοπτική σειρά Περί ανέμων και υδάτων. Συνεχίζει μέχρι σήμερα να είναι από τους πιο αγαπημένους και δημοφιλείς κωμικούς του ελληνικού κινηματογράφου.
Ο Θανάσης Βέγγος ήταν μέλος του Σωματείου Ελλήνων Ηθοποιών και του Σωματείου Παραγωγών. Ήταν μόνιμος κάτοικος της Αθήνας. Την εποχή που γυριζόταν Ο δράκος παντρεύτηκε την Ασημίνα Βέγγου, με την οποία ήταν μαζί μέχρι το τέλος της ζωής του, και είχαν δύο γιους.
Απεβίωσε στις 3 Μαΐου 2011 στις 7:10 το πρωί, ενώ νοσηλευόταν στο Νοσοκομείο Ερυθρός Σταυρός.
Όταν η δημοκρατία υποτάχθηκε στο χρέος
