Das erste Mal war er im Fernsehen in der NBC-Sitcom Hearts Afire zu sehen, bei der auch John Ritter und Markie Post mitspielten. Kritiker wurden erstmals durch seine Rolle als Bösewicht in One False Move auf ihn aufmerksam. Außerdem hatte er kleinere Rollen in den Filmen Indecent Proposal, On Deadly Ground und Tombstone.

1996 schrieb er den Film Sling Blade, bei dem er Regie führte und in dem er mitspielte. Dieser ist eine Erweiterung des Kurzfilms Some Folks Call It a Sling Blade. Es geht dabei um Karl Childers, einen geistig Behinderten. Für das Drehbuch gewann Thornton einen Academy Award, außerdem wurde er in der Kategorie Bester Schauspieler nominiert. Der Film machte ihn zum Star.

Thornton ist mittlerweile auf der A-Liste der Hollywood-Schauspieler angelangt. Da er im Süden der USA in einer kleinen Stadt aufwuchs, spielt er oft ganz normale Menschen. Sogar in seiner Rolle als Davy Crockett in The Alamo aus dem Jahre 2003 schaffte er es, die menschliche Seite des Charakters in den Vordergrund zu rücken.

Thornton hat außerdem eine Karriere als Sänger begonnen. Er singt im Rock-’n’-Roll-Stil Americana. Er veröffentlichte bereits drei CDs: Private Radio (2001), The Edge of the World (2003) und Hobo (2005).

Er heiratete bereits fünf Mal, seine letzte Ex-Frau ist die Schauspielerin Angelina Jolie, der er auch einen Song namens "Angelina" widmete.

Seine deutsche Synchronstimme wird von Till Hagen gesprochen.

Thornton hat eine Phobie vor der Frisur des ehemaligen Premierministers Benjamin Disraeli. Dies gestand er auch in einem Interview [1], nachdem sie ihm die Dreharbeiten zu Tatsächlich ... Liebe erschwert hatte. Ein Gerücht ist hingegen, dass Thornton Angst vor orangefarbenen Lebensmitteln hat.