Thornton yritti tulla valituksi vuoden 1996 NHL:n drafteihin, mutta häntä ei valittu mihinkään joukkueeseen. Hänet valittiin NHL:ään Toronto Maple Leafsille vuonna 1997.
Thornton ei koskaan pelannut Torontossa ja vaihdettiin Chicago Blackhawksille kaudella 2001-02. Kuuden NHL- ja AHL-kauden jälkeen Chicago ja Anaheim Ducks voitti uransa ensimmäisen Stanley Cupin viimeisellä kaudellaan Ducksilla 2006-07.