ธงชัย วินิจจะกูล สำเร็จการศึกษาระดับปริญญาตรีจากภาควิชาประวัติศาสตร์ คณะศิลปศาสตร์ มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร์ ศึกษาระดับปริญญาโทและเอกจาก มหาวิทยาลัยซิดนีย์ (University of Sydney) โดยทำวิทยานิพนธ์เรื่อง “Siam Mapped : A History of the Geo-Body of Siam” ต่อมาได้จัดพิมพ์เป็นหนังสือชื่อ Siam Mapped : A History of the Geo-body of a Nation (University of Hawaii Press, 1994) หนังสือเล่มนี้ได้รับรางวัล แฮรี เจ. เบนดาในปี 1995 (Harry J. Benda Prize in Southeast Asian Studies) จากสมาคมเอเชียศึกษาหรือ Association for Asian Studies (AAS) และได้รับการแปลเป็นภาษาญี่ปุ่น เกาหลี และจีน ตามลำดับ สำหรับภาษาญี่ปุ่นได้รางวัล Grand Prize of Asia Pacific Book Award ในปี 2005 จากสภาวิจัยเอเชีย ประเทศญี่ปุ่น หลังจากนั้นจึงได้รับการแปลเป็นภาษาไทยและตีพิมพ์โดยโครงการจัดพิมพ์คบไฟร่วมกับสำนักพิมพ์อ่านในปี 2556

ธงชัย วินิจจะกูล เป็นศาสตราจารย์กิตติคุณ (professor emeritus) ภาควิชาประวัติศาสตร์ แห่งมหาวิทยาลัยวิสคอนซิน-แมดิสัน (University of Wisconsin-Madison) นอกจากงานเขียนจำนวนมากทั้งภาษาไทยและภาษาอังกฤษแล้ว ธงชัยได้รับเชิญไปบรรยายในงานสัมมนานานาชาติ และเป็นกรรมการพิจารณารายงานวิจัยของหลายโครงการ ในด้านบริหารธงชัยยังเคยเป็นผู้อำนวยการศูนย์อุษาคเนย์ศึกษาแห่งมหาวิทยาลัยวิสคอนซิน-แมดิสัน และได้รับการเลือกตั้งให้ขึ้นดำรงตำแหน่งประธานสมาคมเอเชียศึกษาในปี 2013 ปัจจุบันธงชัยเป็นนักวิจัยอาวุโส ณ Institute of Developing Economies (IDE-JETRO) ประเทศญี่ปุ่น

นอกจากงานวิชาการแล้ว ในฐานะผู้ที่ห่วงใยและติดตามความเป็นไปในสังคมไทย ธงชัยยังมีบทบาทในการแสดงความเห็นผ่านงานเขียน งานอภิปราย รวมทั้งร่วมลงชื่อเรียกร้องในประเด็นสาธารณะอื่นๆ เป็นจำนวนมาก