Родился 4 ноября 1951 года в городе Басараби (ныне Мурфатлар) в семье военного офицера Думитру Бэсеску (умер в 2002 году).
В 1976 году закончил факультет навигации института гражданского морского судоходства в Констанце. С 1976 по 1981 год работал капитаном на крупнотоннажных судах торгового агентства Navrom, с 1987 по 1989 год являлся начальником агентства в Антверпене.
С 1989 по 1990 год являлся генеральным директором Государственной инспекции гражданского судоходства при Министерстве транспорта Румынии.
С 1991 по 1992 и с 1996 по 2000 год являлся министром транспорта Румынии.
В июне 2000 году на местных выборах избран мэром Бухареста.
Сторонник евроинтеграции Румынии и панрумынист. В 2005 году выдвинул план объединения Румынии и Молдавии до ожидаемого вступления Румынии в ЕС. Этот план не нашёл поддержки со стороны руководства Молдавии. При нём 1 января 2007 года Румыния стала членом Евросоюза.
19 апреля 2007 года парламент страны объявил президенту импичмент. Причиной этого стали выводы специальной парламентской комиссии, которая обнаружила, что в своих действиях глава румынского государства «превысил полномочия, данные ему конституцией страны». При необходимых 235 голосах за импичмент проголосовали 332 депутата и сенатора, против — 108.
19 мая 2007 года прошёл референдум по вопросу отставки президента Румынии с занимаемой им должности. По его результатам большинство (75 %) голосовавших высказались за то, чтобы Траян Бэсеску продолжил исполнять свои обязанности в качестве президента Румынии.
Переизбран 21 декабря 2009 года, получив 50,33 % голосов избирателей по итогам второго тура президентских выборов.
В декабре 2010 года заявил о возможности объединения Румынии и Молдавии в течение последующих 25 лет, однако позднее дезавуировал своё заявление.
В июне 2011 года между Румынией и Россией возник дипломатический скандал, после того как Бэсеску в 70-летнюю годовщину начала операции «Барбаросса» встал на защиту фашистского диктатора Иона Антонеску и заявил, что действовал бы на его месте аналогично.
В январе 2012 года страну охватили массовые протесты против намеченной реформы здравоохрания, протестующие требовали отставки президента и правительства. В результате протестов правительство Эмиля Бока ушло в отставку.
Женат, две дочери. Старшая дочь, Иоана — нотариус, младшая, Елена — депутат Европарламента.