ในช่วงวัยเยาว์ Thielmann เล่นในชุมชนเกมเยาวชน Hetzerath / Föhren / Bekond เป็นครั้งแรก และย้ายไปเล่นในทีมเยาวชนของEintracht Trierในฤดูกาล 2014–15 สำหรับฤดูกาล 2017–18 เขาย้ายไปเล่นในทีม U17 ของ1. FC Köln [ ^{3 ] เขา}ลงเล่น 24 เกมให้กับทีมและคว้าแชมป์กับทีมในเดือนมิถุนายน 2019 หลังจากเอาชนะBorussia Dortmund ไปได้ 3–2

ในฤดูกาล 2019–2020 เธียลมันน์ได้รับการเลื่อนชั้นสู่ทีม U19 เขาประเดิมสนามในระดับอาชีพกับ 1. FC Köln ในเกมบุนเดสลีกาที่ชนะไบเออร์ 04 เลเวอร์คูเซน 2–0 เมื่อวันที่ 14 ธันวาคม 2019 ^{[ 4 ]}ด้วยเหตุนี้ เขาจึงกลายเป็นนักฟุตบอลคนแรกที่เกิดในปี 2002 ที่ได้เล่นในบุนเดสลีกา และเป็นนักเตะอายุน้อยที่สุดอันดับสองที่ประเดิมสนามในลีกให้กับสโมสรของเขา รองจากยานน์ ออเรล บิสเซ็ค^{[ 5 ]}

หลังจากการเปิดตัวที่น่าประทับใจ ผู้จัดการทีมMarkus Gisdolยังคงให้ Thielmann ลงเล่นเป็นตัวจริงในเกมกับEintracht FrankfurtและWerder Bremenต่อ ไป ^{[ 6 ]}ในเดือนมกราคม 2020 Thielmann ได้เซ็นสัญญาเป็นนักฟุตบอลอาชีพฉบับแรก ความร่วมมือระหว่างเขากับ 1. FC Köln ได้รับการขยายออกไปจนถึงวันที่ 30 มิถุนายน 2022 ^{[ 6 ]} "เขาเก่งมากสำหรับอายุของเขา ทั้งทางด้านร่างกายและจิตใจ และเขายังมีความเข้าใจเกมที่ดีมาก เราเชื่อมั่นว่าเขาจะรักษาตำแหน่งของเขาไว้ได้ในระยะยาว" Horst Heldt ผู้อำนวยการฝ่ายกีฬา กล่าว เพื่อเป็นเหตุผลในการต่อสัญญา^{[ 6 ]}

เมื่อวันที่ 5 ธันวาคม 2020 เธียลมันน์ทำประตูแรกในฐานะนักฟุตบอลอาชีพได้ในเกมที่เสมอกับวีเอฟแอล โวล์ฟสบวร์ก 2-2 ^{[ 7 ]}เมื่อวันที่ 20 มกราคม 2021 เขาทำประตูชัยในช่วงทดเวลาบาดเจ็บในเกมสำคัญเพื่อหนีตกชั้นกับชาลเก้ 04เมื่อวันที่ 30 เมษายน 2021 สโมสรประกาศว่าสัญญาของเธียลมันน์ได้รับการขยายออกไปจนถึงปี 2024 ^{[ 8 ]}ในเดือนมิถุนายน 2022 เขาได้รับการเสนอชื่อเข้าชิงรางวัลโกลเด้นบอยซึ่งเป็นรางวัลที่มอบให้กับผู้เล่นอายุต่ำกว่า 21 ปีที่ดีที่สุดในฟุตบอลยุโรป^{[ 9 ]}