Уилям Робърт Торнтън е роден в Хот Спрингс, Арканзас на 4 август 1955 г. в семейството на учител по история и ясновидка. Има двама по-малки братя - Джими Дон и Джон Дейвид. Като тинейджър е запален по бейзбола и тренира с училищния отбор, но след контузия се отказва. Преди да започне да учи психология в Арканзаския университет, той работи в градския транспорт.
Прекъсва слeдването си след два семестъра. Премества се в Лос Анжелис заедно с приятеля си от детските години Том Еперсън и решава да стане актьор. Нещата обаче не потръгват и Били Боб Торнтън приема всякаква работа, подвизава се и като певец и барабанист. На едно парти той сервира на известния режисьор Били Уайлдър, който го съветва да опита късмета с писане на сценарии.
Отива на кастинг за ситком на CBS, но злодейската роля в “One False Move” (1992) е тази, която насочва интереса към него. Сценарият е на Торнтън и Еперсън. В началото на 90-те участва с малки роли в “Неприлично предложение” (1993), “Тумбстоун” (1993), “Опасна зона” (1994) и др. Торнтън решава да послуша Уайлдър и да се опита да пробие с писане на сценарии. Това се оказва печеливш ход, защото текстът, който написва за късометражния “Some Folks Call It a Sting Blade”(1994) печели Оскар за “най-добър адаптиран сценарий”.
През 2000 създава сценариите на “Тези прекрасни коне”, в който участват Мат Деймън и Пенелопе Крус и на още един хит “Дарбата” с Кейт Бланшет, Хилари Суонк, Джовани Рибизи и др. Междувременно му потръгва и с актьорството – играе в хита “Армагедон” (1998), “План без грешка” (1998), “Балът на чудовищата” (2001). През 2003 Торнтън се снима в черната комедия “Bad Santa”, където показва завиден комедиен талант. Неговата роля в “Училище за гадняри” (2006) е написана специално за него.
Последните му изяви са в “The Astronaut Farmer” (2006) и “Господин Удкок” (2007), предстои да го видим в “Peace Like a River” (2009) . Били Боб има четири деца, бил е женен пет пъти и вече е убеден, че бракът не му понася. Торнтън е съсценарист на трилъра „Дарбата” с Кейт Бланшет и Хилари Суонк.
