Закончив Софийский университет, в 23-летнем возрасте покинул Болгарию. С 1963 живёт во Франции. Его жена — писательница Нэнси Хьюстон. На родине труды Тодорова, переведённые с французского, издаются с 1984 года.
Много сделал для пропаганды русского формализма и творчества Михаила Бахтина на Западе. Большую известность получила его теория фантастического.
В 1990-е годы работает по преимуществу как историк, выступает как публицист. Его внимание привлекают ключевые моменты исторических переломов (завоевание Америки, Холокост), проблемы коллективной памяти о них.
Преподавал в США (Нью-Йорк, Гарвард, Йель).
Премия принца Астурийского в номинации Социальные науки (2008).