Thierry Thuillier est avant tout connu comme étant le «Monsieur international» de France 2 puisqu'il a occupé pendant plusieurs années le poste de chef du service international avant d'assumer celui de chef du service enquête et reportage de la rédaction de France 2[5].
En 2002, il crée avec Patrick Boitet sur France 2 Un œil sur la planète, un magazine trimestriel consacré à la géopolitique qu'il présente jusqu'à son départ en 2008.
En , il est nommé rédacteur en chef du journal de 20 heures de France 2 par Arlette Chabot. L'édition présentée par David Pujadas étant fortement contestée par les journalistes de la chaîne eux-mêmes, il doit proposer un journal plus ouvert sur l'international, l'Europe et l'environnement et construit avec plus de clarté et de cohérence[6].
Au printemps 2008, il quitte France 2 pour prendre, en remplacement de Bernard Zekri, la tête de la rédaction de la chaîne d'information en continu I>Télé en difficultés face à sa concurrente BFM TV[7],[8].
Il devient en le nouveau patron de France 2, en remplacement de Philippe Vilamitjana limogé après les nombreux échecs des nouveautés de la rentrée 2013[9]. Il reste toutefois en parallèle directeur de l’information[10]. Il a mis en œuvre la fusion des rédactions de France 2 et France 3[3].
Le , il est nommé par le groupe TF1, directeur général de LCI et entre en fonction le suivant[1]. Il réforme la ligne éditoriale pour recentrer la chaîne sur les débats et les éditorialistes, ce qui se traduit par une augmentation des audiences[3]. Le , il est nommé par le groupe TF1, directeur général de l'information et entre en fonction le jour même.
