Родился в Гардинге (Шлезвиг) в семье священника. Изучал юриспруденцию в университете Киля, на стипендию от университета провел три года в Италии. В 1848 году получил место профессора гражданского права в Лейпцигском университете, в 1852 году перебрался в университет Цюриха, а в 1854 году вернулся в Германию и стал преподавать в университете Бреслау. В 1854-1856 гг. Моммзен опубликовал первые три тома "История Рима" (четвертый так и не был написан, пятый вышел в 1885 году). С 1873 по 1879 год Моммзен заседал в прусском ландтаге, а с 1881 по 1884 год - в рейхстаге. В 1871-1888 годах он издал "Римское конституционное право" - трехтомный труд, который сам называл своим важнейшим сочинением. В 1899 году вышел том "Римское уголовное право".
