Zaw Lin och Wai Phyo dödade Hannah Witheridge, 23 år från Norfolk, och David Miller, 24 år från Jersey, sade domarna.
De backpackers kroppar hittades på en Koh Tao-strand i september 2014.
De tilltalades advokater säger att de kommer att överklaga. De anklagade tog tillbaka sina första bekännelser och sa att polisen hade torterat dem. Millers bror sa att rättvisan nu hade "levererats".
Miss Witheridges familj sa att de behövde tid för att smälta resultatet av rättegången.
Vid en thailändsk domstol i Koh Samui fann tre domare de två bararbetarna - som var invandrare från Myanmar - skyldiga till mord och beordrade dem att dömas till döden.
Miss Witheridge och mr Miller hittades på en strand som hade blivit ihjälslagen, och en obduktion visade att miss Witheridge hade blivit våldtagen.
Åklagare sa att DNA-bevis som samlats in från cigarettfimpar, kondom och offrens kroppar kopplade Lin och Phyo till dödsfallen.
Från Jonathan Head, korrespondent i Sydöstasien
Utredningen har varit en förvirrad affär.
De första poliserna på platsen var lokala poliser utan en aning om hur man stänger av en brottsplats.
Thailands rättsmedicinska forskare Dr Pornthip Rojanasunand, vars institut inte tilläts någon inblandning i utredningen, vittnade brottsplatsen hade dåligt hanterats och bevis felaktigt samlats in.
Andra brister som avslöjades under rättegången var polisens underlåtenhet att testa miss Witheridges kläder eller det påstådda mordvapnet för DNA.
Men nyckelfrågan hängde över en bit bevis som band de anklagade till brottet: den påstådda matchningen mellan deras DNA och den som återfanns från sperma som hittades på Miss Witheridges kropp.
Datumet för den ursprungliga DNA-analysen sades ha varit den 17 september, men den rapport som överlämnades till domstolen var daterad den 5 oktober - två dagar efter det att polisen hade meddelat en positiv match. Denna oförklarliga diskrepans väcker oundvikligen misstankar om att resultatet kanske blev manipulerat.
Läs mer från Jonathan: En felaktig och förvirrad utredning
Advokater som försvarade den anklagade hävdade att DNA från en trädgårdshoe - som påstås användas som mordvapnet - inte matchade prover tagna från männen.
De hävdade också att bevis hade misskötts av polisen och att parets bekännelser var resultatet av "systematiskt missbruk" av invandrare i området.
Andy Hall, rådgivare i internationella ärenden för Migrant Worker Rights Network, som representerade männen, sade: "Vi är starkt emot domstolens beslut. Utredningen var en röra från början.
"Försvarsteamet har haft tillgång till all information i detta fall och den information vi såg uppfyllde inte internationella standarder."
Han sa att försvaret skulle överklaga.
Hannah Witheridge, 23 år, studerade vid universitetet i Essex från Hemsby, nära Great Yarmouth i Norfolk.
Efter att ha avlagt en examen med förstklassiga utmärkelser från University of East Anglia arbetade hon mot en masterexamen i tal- och språkterapi i Essex. Hennes föräldrar Tony och Sue, bror Paul och systrar Tania och Laura, beskrev henne som en "kul, levande och vacker ung kvinna" som hade en kärlek till djur.
Essex universitet har introducerat en utmärkelse för enastående excellens i kliniska placeringar i hennes minne. Hon "skulle ha fortsatt att göra en betydande skillnad för många människors liv", sade hennes familj.
David Miller, 24 år, från Jersey, hade just avlagt en civilingenjörsexamen vid Leeds universitet. Han beskrevs som en "bright, ung man och en begåvad konstnär".
Hans vänner och familj höll ett minnesmärke och beställde en " enkel sittplats från en planka av ek från ett träd som föll i den stora stormen 1987... Detta träd var ett annat torn av Jersey styrka bringade krascha innan dess tid", sade de.
Hans föräldrar, Ian och Susan, och hans bror Michael sade: " Våra 24 år av minnen och hans strålande leende kommer alltid att uppskattas. David var intelligent, hårt arbetande, han var omtänksam, inkluderande, entusiastisk och rolig. Han är oersättlig för oss."
Familjer talar om meningslösa mord
Offren träffades på Koh Tao medan de bodde på samma hotell.
Mr Millers familj deltog i utfrågningen, men släktingar till miss Witheridge reste inte till Thailand för domsluten.
Hennes familj sade att domen hade lämnat dem "i en virvelvind av känslor och svårigheter".
I ett uttalande sade de: " Det senaste året har tjänat som en ofattbart omöjlig tid för vår familj. Vi har funnit rättegångsprocessen mycket svår och våra resor ut till Thailand, att närvara vid domstol, gjort för särskilt smärtsamma erfarenheter.
"Vi tyckte att det var väldigt utmanande att lyssna på förhandlingar och vi har fått utstå mycket smärtsam och förvirrande information. Vi behöver nu tid, som familj, för att smälta utfallet av rättegången och räkna ut det lämpligaste sättet att berätta vår historia."
Millers bror Michael, som talade utanför rätten, sade: " Vi tror att resultatet i dag representerar rättvisa för David och Hanna.
"Vi anser att bevisen mot Wai Phyo och Zaw Lin är helt överväldigande. De våldtogs för att tillfredsställa sina själviska begär och mördades för att dölja detta faktum. De har inte visat någon ånger under rättegången."
Han sa att den thailändska polisutredningen var "inte de s.k. skepnader den var gjord för att vara".
Miller erkände att familjen var osäker när Lin och Phyo fördes fram som misstänkta.
"Vi såg bilder av två oskyldiga män omgivna av tuffa poliser. Det var lätt att dra slutsatsen att de kunde vara bekväma syndabockar.
"Vi tror att den kungliga thailändska polisen efter en svår start genomförde en metodisk och grundlig utredning."
Han tillade: " Vi hoppas att de kampanjdeltagare som obevekligt har främjat detta fall kommer att respektera rättsprocessen och domstolens beslut.
"[David] hackades bakifrån, släpades ut i havet och lämnades att dö. Det kommer att leva med oss för evigt, sade han.  Han hyllade också miss Witheridges släktingar för de "hemligheter som de också uthärdar med sådan värdighet".
"Våra liv har förändrats för alltid."
Två burmesiska män har befunnits skyldiga och dömts till döden för mord på två brittiska turister i Thailand förra året.