Né à Crookston, Minnesota, le , Thompson a commencé à voler pour l'U.S. Navy en tant que pilote stagiaire à 19 ans. Il a servi en Chine et Japon.
Après six ans de service naval actif, Thompson est entré à l'Université de Washington de Seattle. Il a obtenu en 1953 un baccalauréat ès sciences en ingénierie. Il est resté dans la réserve de la Marine des États-Unis pendant ses études collégiales il a continué à voler sur les avions de la marine et des avions agricoles et des avions bombardiers d'eau.
Bibliographie
(en) Milton Orville Thompson, At The Edge Of Space: The X-15 Flight Program, Smithsonian Institution Press, Washington and London, 1992. (ISBN1-56098-107-5)