Thornton prišiel do tímu San Jose v novembri 2005 po výmene z Bostonu. V tej istej sezóne získal Hart Trophy pre najužitočnejšieho hráča a Art Ross Trophy pre najproduktívnejšieho hokejistu NHL s nazbieranými 29 gólmi a 96 asistenciami (125 bodov). V drese Sharks odohral dlhých 15 sezón, pričom funkciu kapitána zastával štyri roky.

Kanaďan je klubovým rekordérom v počte asistencií (804), patrí mu druhé miesto v počte bodov (1055), tretie v počte odohratých duelov (1104) a štvrté v počte presných zásahov (251). Po Patrickovi Marleauovi (číslo 12) sa stane druhým hráčom v histórii "žralokov", ktorého dres vyvesia pod strop domovskej haly.

"Bola pre mňa česť a privilégium hrať v NHL 24 sezón. Keď som prišiel do San Jose, mal som pocit, že to bol môj skutočný domov," vyhlásil bývalý elitný útočník. "Zamiloval som si túto oblasť a ľudí. S logom Sharks na hrudi som zažil tie najlepšie roky mojej kariéry," dodal pre nhl.com populárny "Jumbo Joe".

Klub z Kalifornie sa počas jeho pôsobenia dostal do play-off v každom s výnimkou dvoch ročníkov. Thornton nazbieral v 144 dueloch vyraďovačky 115 bodov, pomohol tímu postúpiť štyrikrát do konferenčného finále a raz aj do finále play-off (2016), v ktorom Sharks nestačili na Pittsburgh.

Hráčsku kariéru ukončil v tímoch Floridy (2020/21) a Toronta (2021/22). V historických ligových štatistikách mu patrí šiesta priečka v počte odohratých stretnutí (1714), siedma v počte asistencií (1109) a trinásta v počte bodov (1539).

Úspechy zažil aj s národným tímom - získal zlato na ZOH 2010 vo Vancouveri a striebro na MS 2005 v Rakúsku. S kanadskou reprezentáciou dvakrát triumfoval aj na Svetovom pohári v Toronte (2004 a 2016), ešte v mládežníckych časoch vybojoval zlato na juniorských MS 1997 vo Švajčiarsku.