ธงชัย จบการศึกษาระดับมัธยมศึกษาจากโรงเรียนบุญวัฒนา เริ่มต้นก่อตั้งวงศิลสามโทน ยังมีผลงานครั้งแรกเป็นตัวประกอบหลังจากนั้นจึงเริ่มขยับมาเป็นนักแสดงหลัก มีชื่อเสียงโด่งดังขึ้นมาจากบท ไอ้ใบ คู่กัดกับ ไอ้ซ่า (กฤษณ์ ศุกระมงคล) จาก กลิ่นสีและกาวแป้ง ทั้ง 2 ภาค หลังจากนั้นก็โด่งดังต่อเนื่องจากภาพยนตร์ชุด บ้านผีปอบ ต่อมาได้รับการชักชวนจาก ประภาส ชลศรานนท์ แห่ง คีตา เรคคอร์ดสให้มาออกอัลบั้มเพลงในนาม สามโทน พอยุติวงสามโทนแล้วก็รับงานแสดงต่อมาเรื่อย ๆ เป็นนักแสดง, ผู้กำกับฯ พิธีกร และในปัจจุบันเป็น ผู้บริหารบริษัท พอดีคำ เอ็นเทอร์เทนเมนท์ จำกัด

ชีวิตส่วนตัว สมรสกับ มณีรัตน์ ประสงค์สันติ (มณีรัตน์ วัยวุฒิ) มีบุตรธิดา 3 คน