Został wybrany 1997 w pierwszej rundzie draftu z 1. miejsca przez Boston Bruins z kanadyjskiego klubu Sault Ste. Marie Greyhounds. Podczas lockoutu występował w szwajcarskim klubie HC Davos. Reprezentował Kanadę między innymi w turniejach mistrzostwach świata w 2001 roku i w 2005 (srebrny medal), Pucharze Świata w 2004, 2016, Igrzyskach olimpijskich w 2006 roku oraz na mistrzostwach świata juniorów w 1997 (złoty medal). Ogólnie w reprezentacji rozegrał 27 meczów, strzelił 9 bramek i zaliczył 18 asyst. Wystąpił trzy razy w NHL All-Star Game. W styczniu 2014 przedłużył kontrakt z klubem o trzy lata[1]. 6 marca 2017 zanotował 1000. asystę w NHL, zostając 13. zawodnikiem w historii ligi z tym osiągnięciem[2]. W połowie października 2020 poinformowano o kontynuacji przez niego kariery w Davos[3]. 16 października Thornton podpisał jednoroczny kontrakt z Toronto Maple Leafs warty $700,000.[4]