Nascut in Hot Springs pe 4 august 1955, Billy Bob Thornoton a crescut in orasul Alpine. Familia sa a fost nevoita sa locuiasca intr-o casa fara electricitate. Si-a facut cativa prieteni insa, unul dintre acestia fiind Tom Epperson, pe care mai tarziu avea sa-l ia ca partener pentru scenarii.
Dupa ce a absolvit liceul, Thornton s-a angajat si s-a casatorit. Dupa doi ani insa a divortat si s-a intors la colegiu pentru a-si continua studiile in psihologie.
A debutat in filmul Hunter's Blood (1987). Au urmat roluri in filme mici, cum ar fi Zombietown, si apoi aparitia in sitcomul Evening Shade. Dupa acestea a aparut in filmul de debut al lui Carl Franklin - One False Move. In 1995 a aparut in Dead Man, si in 1996 a scris impreuna cu Epperson scenariul la filmul A Family Thing, ce i-a avut in distributie pe James Earl Jones si Robert Duvall.

Succesul din 1996 al filmului Sling Blade l-a consacrat pe Thornton ca un important scenarist si actor la Hollywood. Au urmat aparitii in filme ca The Apostle, U-Turn in 1997, si roluri mult mai important in Primary Colors si Armageddon. In 1998 a fost nominalizat la Oscar pentru cel mai bun actor pentru interpetarea din filmul A Simple Plan. Anul urmator a aparut in comedia lui Mike Newell, Pushing Tin.
A fost regizor, scenarist si actor la filmul Daddy and Them, o comedie despre o familie din Alabama. In anul 2000 a mai aparut in filme ca Wakin' in Reno si South of Heaven, West of Hell. Pentru filmul The Man Who Wasn't There, al fratilor Coen, a mai primit o nominalizare la Globul de Aur. 2003 a fost un an agitat pentru Thornton mai ales pe plan personal, mult mediatizatul mariaj cu actrita Angelina Jolie sfarsindu-se in luna mai.

Filmografie: The Alamo (2004), Bad Santa (2003), Intolerable Cruelty (2003), Levity (2003) ,The Badge (2002), Daddy and Them (2002), Waking Up in Reno (2002), Bandits (2001), The Man Who Wasn't There (2001), Monster's Ball (2001), South of Heaven, West of Hell (2000), Burn Hollywood Burn (1997), A Gun, a Car, a Blonde (1997), Some Folks Call It a Sling Blade (1993), Tombstone (1993) si One False Move (1992).