Eli Thayer besuchte die öffentlichen Schulen seiner Heimat sowie die "Worcester Manual Labor School". Zwischen 1835 und 1836 unterrichtete er in Douglas als Lehrer. Im Jahr 1842 übte er diesen Beruf in Hopkinton (Rhode Island) aus. 1844 leitete er in Providence eine Knabenschule. Gleichzeitig setzte er bis 1845 seine eigene Ausbildung mit einem Studium an der Brown University in Providence fort. Danach war er bis 1848 Lehrer an der "Worcester Academy". Thayer studierte auch die Rechtswissenschaften, ohne jedoch jemals als Jurist zu arbeiten. Im Jahr 1848 gründete er eine Mädchenschule namens "Oread Collegiate Institute"; gleichzeitig schlug er eine politische Laufbahn ein. Er saß 1852 im Schulausschuss der Stadt Worcester, deren Gemeinderat er in den Jahren 1852 und 1853 angehörte. Von 1853 bis 1854 war er Abgeordneter im Repräsentantenhaus von Massachusetts. Parteipolitisch wurde er Mitglied der 1854 gegründeten Republikanischen Partei. Er war an der Gründung der New England Emigrant Aid Company beteiligt, die Kolonisten in das Gebiet des späteren Staates Kansas vermittelte. Diese Siedler waren durchweg Gegner der Sklaverei und sollten einen Abfall des Gebietes an den sklavenfreundlichen Süden verhindern. Allerdings kam es dann in Kansas zu blutigen Zusammenstößen beider Seiten.