Играет в Национальной хоккейной лиге. Был задрафтован и отыграл семь сезонов за Бостон Брюинз, прежде чем был обменян в его нынешний клуб Сан Хосе Шаркс. Видение площадки, талант распасовщика и силовая манера игры позволили ему стать одним из ведущих центральных нападающих НХЛ. Торнтон — обладатель Харт Трофи и Арт Росс Трофи 2006 года.
В детстве Джо Торнтон жил в пригороде Сент Томас, Онтарио, известном как Линхёрст. Он посещал среднюю школу Сауфволд недалеко от Сент Томаса, а позже учился в институте Элгин в Сент Томасе.
Торнтон взрослел, играя в хоккей за Сент Томас Тревелерс (OMHA), а после за Элгин-Мидлсекс Чифс (MHAO). Через год, в 15 лет, Торнтон перешёл в клуб Сент Томас Старс (OHA).
Торнтон был выбран в 1997 году под общим первым номером драфта командой Бостон Брюинз и отыграл за Брюинз семь сезонов, лучшим из которых стал сезон 2002-03, в котором он набрал 101 очко.
После драки в ночном клубе Сент Томаса летом 2004 года Торнтона обвинили в нападении на полицейского и отправили на общественные работы.
Во время локаута 2004-05 в НХЛ Торнтон играл за ХК Давос вместе с молодой канадской звездой Риком Нэшем и выиграл чемпионат Швейцарии.
После того, как в 2005 году Торнтон огласил, что недоволен своим контрактом с Бостоном, в Брюинз поступило много предложений от разных клубов НХЛ. Тем не менее, 11 августа 2005 года Торнтон продлил контракт с клубом сроком на 3 года на сумму 19,8 миллионов долларов. Но 30 ноября 2005 года Торнтон был обменян в Сан Хосе Шаркс на нападающих Марко Штурма, Уэйна Примо и защитника Брэда Стюарта. Торнтон был лидером Бостона и многие считали, что генеральный менеджер Брюинз Майк О'Коннелл отдает одного из тех немногих игроков, чья игра действительно завораживала. 10 января 2006 года Торнтон вернулся в Бостон уже будучи игроком «Акул», но уже на шестой минуте первого периода был удалён до конца игры за грубый силовой приём против защитника Брюинз Хэла Гилла. Позже удаление было признано НХЛ необоснованным.
Обмен Торнтона в Сан Хосе очень усилил «Акул». Торнтон набрал 14 очков в первых 6 играх и быстро сыгрался с крайнем форвардом Джонатаном Чичу, часто отдавая ему голевые передачи. Играя в одном звене с Торнтоном в центре нападения, Чичу забил 56 голов и выиграл Морис Ришар Трофи. Сам Торнтон стал лучшим в НХЛ по количеству голевых передач (96) и, набрав больше всех очков (125), получил приз Арт Росс Трофи. Впервые этот приз выиграл игрок в тот же сезон, в который был обменян. Но в играх плей-офф 2005-06 Торнтон выглядел так же как и в предыдущих послесезонных баталиях, в которых он участвовал. Он никогда не мог проявить те же бомбардирские способности, какие он демонстрировал в регулярном чемпионате. Так же произошёл удивительный разлад в игре связки Торнтон-Чичу. Джо отдал 4 голевые передачи в 5 играх четвертьфинала против Нэшвила и набрал 2+3 по системе гол+пас в полуфинальной серии против Эдмонтона, в которой «Акулы» уступили в 6 играх.
Торнтон начал сезон 2006-07 не так сильно как предыдущий сезон, который принес ему Харт Трофи. Он забил свой первый гол только в 12й игре «Акул». Позже выяснилось, что Торнтон играл первую половину сезона с поврежденным большим пальцем ноги. И только в январе окончательно восстановился.
После выздоравления Торнтон продолжил набирать очки с той же интенсивностью, что и в сезоне 2005-06. И несмотря на то, что к Рождественскому перерыву он находился на 19 месте в списке бомбардиров, Торнтон набрал такое количество очков в оставшихся играх, которое позволило ему вплоть до окончания сезона бороться за лидерство по очкам с суперзвездой из Питтсбург Пингвинз Сидни Кросби и в результате финишировать 2-м с 114 очками, отстав всего на 6 от «Сида». Феноменальный талант распасовщика позволил Торнтону стать третьим хоккеистом в истории НХЛ (после Уэйна Грецки и Марио Лемье), которому удалось отдать более 90 передач два сезона подряд.
После 6 результативных передач в первом раунде плей-офф против Нэшвилла, казалось Торнтон наконец стал показывать тот хоккей, который от него все ждали в играх на выбывание. Он забросил одну шайбу и сделал три передачи и во втором раунде против Детройта. Но в следующих матчах серии Торнтон и компания были полностью нейтрализованы суперзвездой «Красных Крыльев» Никласом Лидстрёмом и его партнерами. И «Акулы» второй год подряд закончили борьбу за Кубок Стенли во втором раунде.
В межсезонье Торнтон подписал с Сан Хосе трехлетний котнтракт на сумму 21,6 миллионов долларов. Контракт закончится в июне 2011 года.
Играя за Бостон, Торнтон находился под пристальным вниманием касаемо лидерских качеств. Его критиковали за то, что он не мог раскрыть весь свой потенциал в играх плей-офф. Торнтон не набирал больше 9 очков за две серии и не заканчивал с показателем полезности лучше, чем +1. Многие считали, что Робби Фторек слишком рано назначил Торнтона капитаном Брюинз. Однако, Торнтон великолепно проявил себя в Сан Хосе, намного улучшив свою статистику в первом же сезоне за «Акул». И его успех вылился в титул самого полезного игрока регулярного чемпионата (MVP).
Когда постоянный ассистент капитана Алин МакКалей выбыл из состава Сан Хосе, Джо Торнтон получил букву «А» на свитере в игре против Финикса 30 марта, 2006 года. После этого он время от времени выходил на лёд в этой роли. Многие критики полагали, что Торнтон лучше проявит себя в Сан Хосе, где основные лидерские обязанности лежали, главным образом, на капитане Патрике Марло. Это подтвердилось, когда Торнтон выиграл Арт Росс Трофи, в то время как Марло закончил сезон всего с 86 очками. Торнтон немного сбавил в плей-офф, забив всего два гола и отдав семь передач в одиннадцати играх, но в отличие от бостонской карьеры, здесь его игра не была удостоена критики; комментаторы Шаркс ТВ настойчиво называли его лучшим игроком даже в проигранных матчах во втором раунде плей-офф против Эдмонтона.
Торнтон был призван под знамёна сборной Канады на зимних Олимпийских играх в Турине в 2006 году и считался ключевым игроком команды. Однако, забил лишь один гол в шести играх с показателем полезности ?1.
Летом 2004 года Торнтон полез в драку на двух офицеров полиции, пытаясь помочь своему брату Джону Торнтону, и получил два обвинения: нападение на полицейского и сопротивление властям.
Государственный обвинитель Кевин Гоуди анонсировал на слушании дела в суде, что против капитана Брюинз не будет заведено уголовного дела в обмен на извинения Торнтона перед потерпевшей стороной и начала «условного периода общественных работ.»
Играл за сборную Канады:
Статистика игр в международных матчах