De família modesta i de tendències radicals, assolí encara jove importants càrrecs públics i esdevingué general a 33 anys. Fou l’inspirador d’importants reformes constitucionals, com l’ampliació de funcions dels estrategs i llur capacitació per a ésser reelegits en virtut dels coneixements tècnics que l’art militar exigia. També fou ell qui s’adonà de les possibilitats d’Atenes per a esdevenir una potència marítima i s’esforçà a fer d’aquesta idea una realitat.
Abans de Marató havia ja efectuat la fortificació del Pireu, i la prolongació de la guerra amb Egina li donà motiu per a crear una poderosa flota de 200 trirrems, finançada amb el producte d’una nova veta descoberta a les mines del Làurion. Aquestes mesures mostraren el seu encert durant la segona guerra mèdica (mèdic 3), quan l’any 480 aC l’esquadra atenesa, seguint el pla que ell havia ideat, aconseguí de vèncer els perses a la batalla de Salamina. Després d’aquesta victòria continuà la seva tasca de consolidació de la política naval d’Atenes, element fonamental en l’estructuració de l’imperi, però no fou reelegit estrateg.
Els seus conciutadans li retreien que odiava amb més força els espartans que no pas els perses, i es decantaren per un home com Cimó, representant d’una família aristocràtica, que mostrava més bones disposicions envers els espartans. A conseqüència d’aquesta rivalitat, l’any 471 aC Temístocles fou condemnat a l’ostracisme i quan, exiliat, ja era a Argos, noves acusacions d’haver conspirat a favor dels perses portaren els atenesos a condemnar-lo a mort en rebel·lió. Per molt que l’acusació era inversemblant —car Temístocles havia estat una de les grans figures en la lluita contra Pèrsia—, per a defugir els agents atenesos hagué de refugiar-se a la cort del rei de l’Epir, des d’on, més tard, passà a l’Àsia Menor. L’emperador persa, Artaxerxes, l’acollí a Susa amb gran respecte i li féu donació, mentre visqués, de diverses ciutats gregues del seu territori. L’any 464 aC morí en una d’aquestes ciutats, sense haver pogut tornar mai a la seva pàtria.
Figura tràgica, apareix com a protagonista d’una tragèdia de Pierre du Ryer i d’un drama de Metastasio (1736), musicat en diverses ocasions (per A.Caldara, G.M.Orlandini, etc).