Трайчо Костов Джунев е роден е на 17 юни 1897 г. в София. Завършва гимназия, после Школа за запасни офицери. През 1916 г. участва в Първата световна война като взводен командир. След войната работи като стенограф в Народното събрание (1918–1921) и започва да учи право в СУ "Св. Климент Охридски".

От 1920 г. участва в дейността на БКП, като през 1924 е арестуван и осъден на 8 години затвор за участие в издаването на "Работнически вестник“. Амнистиран е през юли 1929 г., след което заминава за Москва. През 1930 г. става член на ВКП (б) и работи в задграничното ръководство на БКП и в ръководството на Комунистическия интернационал. През 1931 г. се връща в България и  става член на ръководството на БКП. През 1932 г. отново емигрира в СССР, продължава дейността си в Комунистическия интернационал и преподава в българската секция на Комунистическата академия. От 1935 г. отново е в България и полага усилия да осъществи идеята на Георги Димитров за изграждане на единен фронт. Участва в списването на в. “Работнически вестник”. От 1936 г. е член и на Политбюро на ЦК на БКП. Отново е в СССР от 1936 до 1938 г., след което окончателно се установява в България. Интерниран е многократно. През 1940 г. преминава в нелегалност. До 1942 г. е секретар на ЦК на БКП и редактор на в. “Работнически вестник”. Арестуван е през 1942 г. при големия провал на ЦК на БКП и е осъден на доживотен затвор, а не на смърт, заради застъпничеството на неговия съученик Станислав Балан, секретар на цар Борис ІІІ.

След 9 септември 1944 г. в отсъствието на Георги Димитров е основната политическа фигура на БРП (к) като неин политически секретар. Организира политическата кампания срещу противниците на комунистите и играе важна роля в разгрома на опозицията.

Трайчо Костов е член на Политбюро на ЦК на БКП от 12 септември 1944 до 26 март 1949 г.; секретар (първи) от 27 февруари 1945 до 27 декември 1948 г. Заема и държавни постове: заместник министър-председател от 31 март 1946 до 31 март 1949 г.; министър на електрификацията, водите и природните богатства от 31 март до 22 ноември 1946 г.; участва в българската делегация за подписване мирния договор на 10 февруари 1947 г. в Париж; народен представител е от 1945 до 1949 г.

През март 1949 г. е отстранен от правителството и е назначен за директор на Народната библиотека "Кирил и Методий". По настояване на Сталин е осъден политически заради антисъветска позиция, защото се е опитал да приложи Закона за държавната тайна и по отношение на съветските “съветници” в България. Става жертва на политически процес, започнал на 7 декември 1949 г., в който е обвинен в антипартийна и шпионска дейност. Осъден е на смърт и на 16 срещу 17 декември 1949 г. е екзекутиран.

Частично е реабилитиран през 1956 г., а през декември 1989 г. получава пълна политическа реабилитация.