Троллоп родился в Лондоне. Отец писателя, Томас Энтони Троллоп, был адвокатом Канцлерского суда. Потеряв всех клиентов, он вместе с семьей переселился в сельскую местность, где собирался завести образцовую ферму. Однако хозяйствование Томаса Троллопа привело его к полному разорению. Томас забросил хозяйство и работал над составлением «Церковной энциклопедии», которая никогда не увидела света. Семья жила в нищете. Из шести детей четверо умерли от туберкулеза. В живых остались двое — Энтони и его старший брат.
Ценой больших усилий и унижений матери удалось устроить сыновей в качестве бесплатных приходящих учеников в привилегированную школу Харроу. В школе Энтони страдал от презрения и насмешек богатых учеников.
Стремясь поправить материальное положение семьи, мать Троллопа в 1827 отправилась в Америку в Цинциннати, где намеревалась открыть торговлю галантерейными товарами. Затея эта потерпела крах. Но, вернувшись в Англию, Фрэнсис Троллоп сумела написать книгу «Домашний быт американцев» (1832), в которой беспощадно высмеивала нравы жителей Нового Света. Книга имела успех и принесла семье некоторое финансовое благополучие. Фрэнсис решила зарабатывать на жизнь литературным трудом, и из под её пера один за другим стали выходить романы, потакавшие вкусам невзыскательной публики и в результате быстро раскупавшиеся.
В 1834 отец Троллопа окончательно разорился и был вынужден бежать от кредиторов в Бельгию. Туда последовала и вся семья. В 1835 Томас умер в Брюгге.
По возвращении в Англию Энтони вынужден был устраиваться на службу, чтобы зарабатывать себе на жизнь. Он поступил клерком в почтовое ведомство в Лондоне. На этой безрадостной и угнетающей творческую личность службе он провел семь лет.
В 1841 почтовое ведомство предложило ему повышение — должность почтового контролера в Ирландии. На новом месте в 1844 Троллоп женился на Розе Хезелтин. В Ирландии он получил больше свободного времени и решил реализовать свою идею — написать по примеру матери роман. Первые произведения Троллопа были написаны на материале жизни ирландского общества («Макдермонты из Балликлорэна», 1847; «Келли и О’Келли», 1848). Но они не принесли ему признания, так же, как и исторический роман «Вандея» (1855).
Свою писательскую нишу нашёл Троллоп только в романе «Смотритель» (1855), который положил начало «Барсетширским хроникам». Успех Троллопа-писателя был закреплен в романе «Барчестерские башни» (1857) — одном из его лучших произведений. В цикле «Барсетширские хроники» рассматривается деятельность одного из влиятельнейших слоев английского викторианского общества — англиканских священников. В провинциальных городах, в которых нет ни промышленности, ни серьёзной торговли, главным местом действия является собор, а главными действующими лицами — священники, их жены и дети.
В 1859 Троллоп возвращается в Лондон, он занимает высокий пост в иерархии почтового ведомства, занимается проведением почтовой реформы, в 1868 выставляет свою кандидатуру на выборах от либералов.
После провала на выборах Троллоп более политикой не занимается, но на основе своих впечатлений от общения с политическим эстеблишментом он создает новый цикл романов, объединенный вокруг главного героя — политика Плантагенета Паллисьера, раскрывающий хитросплетения парламентской и правительственной жизни Англии.
В 1871 Троллоп оставляет службу. Он путешествует по различным странам, в том числе по Австралии и Новой Зеландии. В последние годы в творчестве Троллопа нарастает пессимизм, от иронического юмора он переходит к острой сатире (роман «Как мы теперь живем», 1875).
Писателю пришлось пережить упадок его громкой славы. Причиной утраты популярности в конце 70-х годов были не только ремесленнический характер многих наскоро написанных романов, но и изменившиеся вкусы публики.
Троллоп умер в Лондоне. Похоронен на кладбище Кенсал Грин. После его смерти была опубликована «Автобиография», полная откровенных признаний писателя. В конце 19-го - начале 20-го века творчество Троллопа переживает полное забвение.
После мировой войны интерес к его наследию возрастает, и в настоящее время Троллоп — вновь один из самых популярных английских романистов. Лучшее исследование биографии и творчества Троллопа было написано Ч. П. Сноу «Троллоп. Его жизнь и творчество» (1975).