Терентий Мальцев родился 29 октября 1895 года в бедной крестьянской семье в селе Мальцево, которое в то время находилось в Кривской волости Шадринского уезда Пермской губернии, а сейчас является административным центром Мальцевского сельсовета Шадринского района Курганской области.

Его родители были старообрядцами и вели скромное хозяйство, состоявшее из одной рабочей лошади и коровы. Отец, Семён Абрамович, не желал, чтобы сын получил образование, и не пускал его в школу. Поэтому Терентий учился самостоятельно, читая все книги, которые мог достать, и продолжал заниматься самообразованием всю жизнь. Его личная библиотека насчитывала около 6 тысяч томов.

До службы в армии он работал вместе с отцом. В 1916 и 1917 годах служил в армии, а затем, в 1917 и 1921 годах, находился в плену в Германии, где трудился на сахарной фабрике. В 1919 году вместе с другими военнопленными он создал русскую секцию при компартии Германии.

Вернувшись из плена, в 1921-1924 годах Мальцев работал председателем, а затем секретарем сельсовета в своем родном селе. В 1925 году он организовал сельскохозяйственный кружок и вместе с односельчанами создал товарищество по совместной обработке земли.

В 1927 году из Ленинградского института прикладной ботаники он получил посылку с 200 граммами пшеницы и просьбой провести сортоиспытания. Пшеница дала хороший урожай и была рекомендована для выращивания в Зауралье.

В 1930 году при создании колхоза «Заветы Ленина» в Шадринском районе его единогласно избрали полеводом, и он оставался на этой должности до конца жизни. В 1935 году он стал делегатом 2-го Всесоюзного съезда колхозников-ударников.

С 1939 года Мальцев был членом ВКП(б), а с 1952 года, КПСС. Он участвовал во Всесоюзной сельскохозяйственной выставке СССР в 1939, 1940 и 1941 годах.

В феврале 1947 года на пленуме ЦК ВКП(б) он рассказал о своем методе. С 1950 года Мальцев возглавлял Шадринскую опытную станцию, созданную при колхозе по указанию И. В. Сталина. С 1951 года он разрабатывал безотвальную систему обработки почвы, включавшую плуг собственной конструкции и систему пятипольного земледелия.

В 1952 году он участвовал в работе Всемирного конгресса сторонников мира в Вене. 7 августа 1954 года в селе Мальцево прошло Всесоюзное совещание, которое длилось три дня. На совещание приехало более 1000 человек вместо приглашённых 300. В последующие 2,5 года около 3,5 тысячи человек приехали познакомиться с новой системой. Научной частью совещания руководил Т. Д. Лысенко, с которым Мальцев сотрудничал, занимаясь ветвистой пшеницей. Позже он говорил о Лысенко: «Когда был нужен, вознесли до небес; стал не нужен, сбросили в канаву».

Мальцев не поддержал идею Хрущёва о посеве кукурузы в Зауралье, за что Хрущёв назвал его «пшеничным аристократом» и понизил его статус до депутата РСФСР. С Брежневым Мальцев встречался дважды, у него дома были телефоны правительственной связи, но он редко ими пользовался.

В 1969 году он был делегатом 3-го Всесоюзного съезда колхозников и стал почётным академиком ВАСХНИЛ. Он был делегатом девяти съездов КПСС и депутатом Верховного Совета СССР 2 и 5 созывов, а также депутатом Верховного Совета РСФСР и Курганского областного Совета с 1943 года.

Под его руководством были выведены и районированы четыре сорта пшеницы: Шадринская, Вера, Курганская-1 и Коллективная-2.

Терентий Семёнович Мальцев скончался 11 августа 1994 года в селе Мальцево и был похоронен в родном селе.