Figlio dell'ex ciclista professionista Davis Phinney e dell'olimpionica di ciclismo Connie Carpenter, Taylor Phinney iniziò a gareggiare nel ciclismo all'età di 15 anni, militando nella selezione giovanile del Team Slipstream. Si mise in luce ai campionati del mondo juniores su strada di Aguascalientes, nell'agosto del 2007, quando vinse il titolo iridato nella cronometro individuale. Nello stesso anno si aggiudicò una tappa e la vittoria finale del Tour de l'Abitibi in Canada.
Nelle stagioni seguenti partecipò ai maggiori eventi di ciclismo su pista, tra cui campionati mondiali e coppa del mondo. Nel 2008 concluse ottavo nella prova dell'inseguimento individuale ai Giochi olimpici di Pechino. Più tardi, nello stesso anno, vinse la medaglia d'oro ai campionati statunitensi su pista nelle specialità del chilometro da fermo, dell'inseguimento individuale e di quello a squadre.[2] Il 24 settembre 2008 venne annunciato il suo trasferimento tra le file della Trek-Livestrong, la formazione Continental Under-23 creata da Lance Armstrong.[3] Nel 2009 Phinney continuò l'attività su pista, aggiudicandosi il titolo mondiale nell'inseguimento individuale a Pruszków, seguito dall'argento nel chilometro a cronometro. Su strada fece invece sua la Parigi-Roubaix Espoirs, prova riservata agli Under-23 e valida per il calendario UCI Europe Tour.
Già il 22 settembre 2010 la BMC Racing Team aveva annunciato di aver messo sotto contratto Phinney per la stagione 2011, consentendogli il salto nel professionismo.[4] Nel 2011 Phinney partecipa così, tra le altre corse, al Tour de Romandie (si classificò secondo nel prologo), al Giro d'Austria e all'Eneco Tour: proprio in quest'ultima competizione, valida per l'UCI World Tour, ottiene il primo successo da pro aggiudicandosi il prologo di Amersfoort. È poi al via della Vuelta a España, ma non la conclude.
Nel 2012 debutta al Giro d'Italia, aggiudicandosi la vittoria nella prima tappa di Herning, una cronometro di 8,7 km, e indossando la prima maglia rosa della corsa (la terrà per tre giorni). Partecipa poi ai Giochi olimpici di Londra – si classifica quarto sia nella prova in linea che in quella a cronometro – e a fine stagione ottiene la medaglia d'argento a cronometro Elite ai campionati del mondo di Valkenburg, battuto dal solo Tony Martin. Durante l'anno vince anche la cronometro conclusiva della USA Pro Cycling Challenge in Colorado.
L'anno dopo, sempre in maglia BMC, si classifica terzo al Tour of Qatar, settimo alla Milano-Sanremo e terzo al Giro di Toscana; nel finale di annata vince la quarta tappa del Tour de Pologne, e si piazza poi quinto a cronometro ai campionati del mondo di Firenze. Comincia la stagione 2014 con il successo nella graduatoria generale del Dubai Tour; in quella gara vince anche la prima tappa, una cronometro di 10,1 km, e si classifica terzo nella seconda.
Inizia bene la stagione 2014 vincendo la cronometro e la classifica finale del Dubai Tour e, successivamente, una tappa al Tour of California. Dopo essersi imposto ai campionati nazionali a cronometro si presenta al via della prova in linea di Chattanooga tra i favoriti. Durante la discesa da Lookout Mountain cade, andando a sbattere contro il guardrail, fratturandosi tibia e perone e procurandosi una lesione al ginocchio[5]. I tempi di recupero sono molto lunghi[6] e permettono a Phinney di esplorare la sua vocazione per la pittura[7]; il rientro agonistico avviene nell'agosto 2015, al Tour of Utah. Pochi giorni dopo, alla USA Pro Cycling Challenge, vince in volata la prima tappa e veste, per un giorno, la maglia di leader[8]. Nel finale di stagione si laurea campione del mondo della cronometro a squadre con la BMC.
All'Eneco Tour 2016 disputa una buona cronometro individuale e vince, con la BMC, quella a squadre; si presenta così al via dell'ultima frazione secondo in classifica a 16" dal compagno Rohan Dennis. Quest'ultimo viene coinvolto in una caduta che lo porta al ritiro[9] e Phinney, ancora nel gruppo di testa, diventa virtualmente il capoclassifica. Tuttavia, nel finale, non riesce a tenere le ruote dei migliori perdendo quasi due minuti da Niki Terpstra, che vince la classifica, retrocedendo al 14º posto in graduatoria generale finale.
^abc(EN) Taylor Phinney, su bmcracingteam.com, www.bmcracingteam.com. URL consultato il 21 aprile 2012 (archiviato dall'url originale il 22 marzo 2012).
^BMC racing team signs Taylor Phinney, in BMC-racing.com, 22 settembre 2010. URL consultato il 3 ottobre 2010 (archiviato dall'url originale il 25 settembre 2010).