Après des études secondaires à la Centreville High School de Centreville (Michigan), Matt Thornton suit des études supérieures à l'université d'État de Grand Valley où il joue pour les Lakers. Il est repêché en par les Mariners de Seattle au premier tour de sélection (22echoix)[1]. Thornton est le premier joueur des GVSU Lakers à être sélectionné au premier tour de draft[2].
Après six saisons en Ligues mineures[3], il fait ses débuts en Ligue majeure le 27 juin2004 avec les Mariners[4]. Il lance 32 manches et deux tiers en 19 matchs pour Seattle en 2004. Il maintient une moyenne de points mérités de 4,13 avec une victoire et deux défaites. Le , il joue un match comme lanceur partant, le seul de sa carrière, et celui-ci se solde par sa deuxième défaite[5]. Il obtient sa première victoire le sur les Royals de Kansas City[5].
Utilisé uniquement comme releveur en 2005, le gaucher encaisse 4 défaites sans aucune victoire et affiche une moyenne de points mérités élevée de 5,21 en 55 matchs et 57 manches lancées à sa dernière saison chez les Mariners.
Thornton enchaîne trois solides saisons pour Chicago, au cours desquelles sa moyenne de points mérités est inférieure à 3,00. En 2008, sa moyenne est de 2,67 en 74 apparitions au monticule et 67 manches et un tiers lancées, avec 5 victoires, 3 défaites et 77 retraits sur des prises.
En 2009, les White Sox lui font lancer 72,1 manches en 70 sorties et Thornton réussit 87 retraits sur des prises. Vainqueur de 6 parties contre 3 défaites, il maintient une moyenne de points mérités de 2,74.
Il est sélectionné au Match des étoiles en 2010. Il termine 2010 avec une moyenne de 2,67 points mérités accordés par partie et 81 retraits sur des prises en 60,2 manches au monticule.
En 2011, sa moyenne excède les 3 points mérités par partie pour la première fois depuis 2007. Il ne remporte que deux décisions sur 7 pour les White Sox avec une moyenne de 3,32 en 62 matchs. Une fois de plus, son total de retraits sur des prises (63) est supérieur à son nombre de manches lancées (59,2).
En 2012, il affiche une moyenne de 3,46 en 65 manches lancées lors de 74 sorties en relève. Il remporte 4 victoires et réalise 3 sauvetages mais encaisse 10 défaites.
Thornton a une moyenne de points mérités de 3,86 en 40 sorties et 28 manches lancées en 2013 avec les White Sox.
Il lance 15 manches et un tiers en 20 sorties avec Boston. Sa moyenne y est de 3,52 avec une défaite comme seule décision. Il termine sa saison 2013 avec une fiche de 0-4, trois sauvetages et une moyenne de points mérités de 3,46 en 43 manches et un tiers lancées lors de 60 présences au monticule pour les White Sox et les Red Sox. Il ne joue pas en séries éliminatoires cette année-là avec Boston et n'est pas ajouté à l'effectif des Red Sox pour la Série mondiale 2013, que le club remporte sur les Cardinals de Saint-Louis[9].
Devenu agent libre après la saison 2013, Matt Thornton rejoint les Yankees de New York le sur un contrat de deux ans valant 7 millions de dollars[10]. En 46 matchs pour New York avant de changer de club, il maintient une moyenne de points mérités de 2,55 en 24 manches et deux tiers lancées. Il n'est crédité d'aucune victoire et encaisse 3 défaites.
Il entre en jeu dans 18 matchs des Nationals en fin de saison 2014 et n'accorde aucun point en 11 manches et un tiers, pour compléter l'année avec sa meilleure moyenne de points mérités en carrière: 1,75 en 36 manches lancées et 64 matchs joués pour New York et Washington. Son seul point accordé pour les Nationals en 2014 survient après deux sorties sans problème face aux Giants de San Francisco en Série de divisions. À sa troisième apparition, dans le 4e et dernier affrontement de la série, il est responsable du dernier point des Giants et encaisse la défaite dans ce qui met fin à la saison des Nats[12].
Thornton enchaîne avec une autre excellente saison en 2015. Le spécialiste gaucher[13] maintient une moyenne de points mérités de 2,18 en 41 manches et un tiers lancées lors de 60 matchs joués.
