Polytechnique (promotion 1963), Ecole des Mines de Paris (promotion 1966). Corps des mines. PhD d'économie (Stanford, 1970, sous la direction de Gérard Debreu).
Fils de François de MONTBRIAL, inspecteur général de la Banque de France, et de Monique LECUYER-CORTHIS. Il épouse en 1967 Marie-Christine BALLING, producteur de cinéma, fille de Charles Paul Louis BALLING (né en 1912 ; X 1935). Père de Thibault (avocat mis en relief dans l'affaire Clearstream) et de Alexandra.
Ingénieur général des mines (honoraire depuis 1995), membre de l'Institut. En 1974, il succède à Jean Ullmo (X 1924) à la tête du département d'économie de l'École polytechnique qui venait d'être créé et dont il fut le président jusqu'en 1992. Il est le fondateur et directeur de l'Institut français des relations internationales (IFRI). Il est directeur de la revue "Politique étrangère" et directeur du rapport annuel "Ramsès".
Il est professeur d'Economie à l'Ecole polytechnique de 1973 à 2008, et professeur au CNAM de 1995 à 2008.
Membre de l'Académie des Sciences Morales et Politiques depuis 1992.
Il est ancien président de l'Institut de France, membre de l'Académie des technologies. Il est président du Centre franco-autrichien pour le rapprochement economique en Europe (depuis 1985). Il est egalement fondateur et président de la World Policy Conference, qu'il a lancé en 2008. Il est membre de droit (juillet 2006) du Conseil du Centre d'études prospectives et d'informations internationales (CEPII) et membre du comité de rédaction de la revue Foreign Policy.
Thierry de Montbrial a été éditorialiste-associé au quotidien Le Monde (2002-2010), apres avoir été éditorialiste au Figaro de 1989 à 2001.
Dans le domaine academique, il est membre de l'Advisory Committee de l'Institute for International Economics, Washington, et du Carnegie Moscow Center, de l'Advisory Council du Standford Institute for International Studies, de l'Editorial Board de Russia in Global Affairs, Moscou.
Il est egalement membre de l'Academia Europaea, de l'Académie royale de Belgique, de l'Académie royale suédoise des sciences de l'ingenieur, de l'Académie roumaine, de l'Académie des sciences de Russie, de Moldavie, de Bulgarie, membre correspondant pour la France de la Real Academia de Ciencias Economicas y Financieras, Espagne. Il a des titres de Docteur honoris causa décernés par de nombreuses universités internationales.