ธอร์นิลีย์เริ่มเล่นฟุตบอลที่ Rope and Anchor JFC Warrington โดยเขาเล่นให้กับทีม U6 ถึง U11 ^{[ 3 ]}จากนั้นเขาเข้าร่วมทีมเอฟเวอร์ตันเมื่ออายุ 10 ขวบและก้าวหน้าขึ้นเรื่อยๆ ในอะคาเดมี่เยาวชนของพวกเขา^{[ 4 ]}ในขณะที่อยู่ในอะคาเดมี่ ธอร์นิลีย์เป็นกัปตันทีมเอฟเวอร์ตัน U18 และช่วยให้ทีมคว้าแชมป์พรีเมียร์ลีกเป็นสมัยที่สองติดต่อกัน^{[ 5 ] [ 6 ]}

เมื่อสิ้นสุดฤดูกาล 2014–15 ธอร์นิลีย์ได้รับข้อเสนอสัญญาฉบับใหม่ ทำให้เขากลายเป็นนักฟุตบอลอาชีพในเดือนกรกฎาคม 2015 ^{[ 3 ] [ 7 ] [ 8 ]}หลังจากเซ็นสัญญาเป็นนักฟุตบอลอาชีพกับเอฟเวอร์ตันได้ไม่นาน เขาก็ย้ายไปเล่นแบบยืมตัวที่สต็อกพอร์ตเคาน์ตี้ในเดือนเดียวกันนั้น^{[ 4 ]}เขาลงเล่นนัดแรกให้กับสต็อกพอร์ตเคาน์ตี้ในวันที่ 10 สิงหาคม 2015 โดยลงเล่นครบ 90 นาที ในเกมที่ชนะบอสตันยูไนเต็ด 2–1 ^{[ 9 ]}ธอร์นิลีย์ลงเล่นให้กับทีมนี้ไปทั้งหมด 10 นัด ก่อนจะกลับไปยังสโมสรต้นสังกัดในเดือนตุลาคม 2015 ^{[ 10 ]}

หลังจากสัญญายืมตัวกับสโมสรสต็อกพอร์ตเคาน์ตี้สิ้นสุดลง ธอร์นิลีย์ก็ได้ลงเล่นให้กับทีม U21 ในช่วงที่เหลือของฤดูกาล^{[ 11 ] [ 12 ]}เมื่อสิ้นสุดฤดูกาล 2015–16 ธอร์นิลีย์ก็ถูกปล่อยตัวออกจากสโมสร^{[ 13 ]}หลังจากถูกปล่อยตัว เขาได้กล่าวถึงช่วงเวลาที่อยู่กับเอฟเวอร์ตันว่า "เอฟเวอร์ตันเป็นสโมสรที่มีการบริหารจัดการที่ดี มันเป็นสภาพแวดล้อมที่ดีที่จะอยู่ มันไม่ได้เป็นไปตามแผนในปีแรกของผมในฐานะนักฟุตบอลอาชีพ แต่โดยรวมแล้วผมไม่สามารถตำหนิอะไรได้เลย มันอาจจะวางรากฐานให้กับสิ่งที่ผมเป็นอยู่ในตอนนี้ รวมถึงความช่วยเหลือมากมายจากเชฟฟิลด์เวนส์เดย์ พวกเขาวางเสาหลักให้ผมได้พัฒนา" ^{[ 14 ]}

หลังจากถูกปล่อยตัวจากเอฟเวอร์ตัน ธอร์นิลีย์ได้เซ็นสัญญากับเชฟฟิลด์ เวนส์เดย์ทีม ใน แชมเปี้ยน ชิพ ในเดือนกรกฎาคม 2016 ^{[ 15 ] [ 16 ]}

แม้ว่าเขาจะปรากฏตัวครั้งแรกในฐานะตัวสำรองที่ไม่ได้ลงเล่นในแมตช์กับเคมบริดจ์ ยูไนเต็ดซึ่งพวกเขาแพ้ 2-1 ในช่วงต่อเวลาพิเศษในรอบแรกของลีกคัพ แต่ธอร์นิลีย์ก็ใช้เวลาส่วนใหญ่ในฤดูกาล 2016–17 เล่นให้กับทีม^{[ 17 ] [ 18 ] [ 19 ]}จากนั้นเขาก็ได้ลงเล่นภายใต้การคุมทีมของคาร์ลอส คาร์วัลฮาลตลอดช่วงปรีซีซั่นก่อนฤดูกาล 2017–18 ^{[ 20 ]}

เมื่อวันที่ 29 สิงหาคม 2017 ธอร์นิลีย์ถูกยืมตัวไปเล่นให้กับแอคคริงตัน สแตนลีย์ทีม ใน ลีกทูจนถึงเดือนมกราคม^{[ 21 ]}ธอร์นิลีย์ลงเล่นนัดแรกให้กับแอคคริงตัน สแตนลีย์ โดยลงเล่นครบทั้งเกมในตำแหน่งแบ็กซ้าย ในเกมที่ชนะมอร์แคมบ์ 2-1 เมื่อวันที่ 2 กันยายน 2017 ^{[ 22 ]}นับตั้งแต่ลงเล่นนัดแรกให้กับสโมสร เขาก็สามารถสร้างชื่อเสียงให้กับตัวเองได้อย่างรวดเร็ว โดยลงเล่นในตำแหน่งแบ็กซ้าย^{[ 23 ] [ 24 ]}เขายังคงลงเล่นเป็นตัวจริงต่อไปจนกระทั่งได้รับบาดเจ็บในช่วงปลายเดือนธันวาคม^{[ 25 ] [ 26 ]}ด้วยเหตุนี้ ธอร์นิลีย์จึงกลับไปยังสโมสรต้นสังกัดเมื่อวันที่ 4 มกราคม 2018 ^{[ 27 ]}

หลังจากสัญญายืมตัวกับแอคคริงตัน สแตนลีย์สิ้นสุดลงไม่นาน ธอร์นิลีย์ก็ปรากฏตัวเป็นตัวสำรองที่ไม่ได้ลงเล่นในเกมที่เสมอกับคู่ปรับอย่างเชฟฟิลด์ ยูไนเต็ด 0-0 เมื่อวันที่ 12 มกราคม 2018 ^{[ 28 ]}จากนั้นเขาก็ได้ลงเล่นนัดแรกให้กับเชฟฟิลด์ เวนส์เดย์ โดยลงเล่นเป็นตัวจริงเคียงข้างเฟรเดริโก เวนันซิโอและดาเนียล พูดิลในแนวรับสามคน ในเกมที่เสมอกับคาร์ดิฟฟ์ ซิตี้ 0-0 เมื่อวันที่ 20 มกราคม 2018 ^{[ 29 ]} หลังจบเกม ผู้จัดการทีม โจส ลูฮูคายได้ชื่นชมผลงานการลงเล่นนัดแรกของเขา^{[ 30 ]}จากนั้น ธอร์นิลีย์ก็ได้รับโอกาสลงเล่นในทีมชุดใหญ่ในอีกห้านัดถัดมา^{[ 31 ] [ 32 ]}ด้วยเหตุนี้ ในวันที่ 15 กุมภาพันธ์ 2018 ธอร์นิลีย์จึงเซ็นสัญญาฉบับใหม่กับสโมสร ทำให้เขาอยู่กับทีมจนถึงปี 2021 ^{[ 33 ]}อย่างไรก็ตาม ในเกมที่แพ้มิลล์วอลล์ 2-1 เมื่อวันที่ 20 กุมภาพันธ์ 2018 ธอร์นิลีย์ปะทะกับเจด วอลเลซในจังหวะก่อนที่สิงโตจะทำประตูที่สองได้ ส่งผลให้เขาต้องถูกนำตัวออกจากสนามด้วยเปลหามและถูกเปลี่ยนตัวออก^{[ 34 ]}หลังจากการรักษาที่โรงพยาบาล สรุปได้ว่าอาการบาดเจ็บของธอร์นิลีย์ไม่ร้ายแรงอย่างที่คาดไว้ในตอนแรก^{[ 35 ]}

ในฤดูกาล 2018–19 ธอร์นิลีย์กลับมาฝึกซ้อมในช่วงปรีซีซั่นของสโมสร^{[ 36 ] [ 37 ]}จนกระทั่งวันที่ 11 สิงหาคม 2018 เขาจึงได้ลงสนามเป็นครั้งแรกในฤดูกาลนั้น โดยลงมาเป็นตัวสำรองแทนมอร์แกน ฟ็อกซ์ในนาทีที่ 44 ในเกมที่เสมอกับฮัลล์ ซิตี้ 1–1 ^{[ 38 ]}นับตั้งแต่กลับมาสู่ทีมชุดใหญ่ ธอร์นิลีย์ได้รับโอกาสลงเล่นในทีมชุดใหญ่หลายครั้ง โดยเล่นในตำแหน่งเซ็นเตอร์แบ็กและแบ็กซ้าย^{[ 39 ] [ 40 ] [ 41 ]}อย่างไรก็ตาม เขาได้รับบาดเจ็บที่น่องและถูกเปลี่ยนตัวออกในเกมที่แพ้น็อตติงแฮมฟอเรสต์ 2-1 เมื่อวันที่ 19 กันยายน 2018 ^{[ 42 ] [ 43 ]}หลังจากพลาดไปหนึ่งนัด ธอร์นิลีย์กลับมาเป็นตัวจริงอีกครั้ง โดยลงเล่นครบทั้งเกม ในเกมที่เสมอกับลีดส์ยูไนเต็ด 1-1 เมื่อวันที่ 28 กันยายน 2018 ^{[ 44 ]}อย่างไรก็ตาม หลังจากกลับมาสู่ทีมชุดใหญ่ เขากลับต้องนั่งสำรอง เนื่องจากมีการแข่งขันสูงในแนวรับของสโมสร^{[ 45 ] [ 46 ]}ระหว่างวันที่ 9 กุมภาพันธ์ 2019 ถึง 16 กุมภาพันธ์ 2019 ธอร์นิลีย์ลงเล่นเป็นตัวจริง 3 นัด โดยเล่นในตำแหน่งเซ็นเตอร์แบ็กทั้งหมด^{[ 47 ] [ 48 ]}หลังจากนั้น เขาพบว่าตัวเองต้องพักรักษาตัวอีกครั้ง เนื่องจากความกังวลเรื่องความฟิต และถูกจัดให้อยู่ในรายชื่อตัวสำรองตลอดฤดูกาล 2018–19 ที่เหลือ^{[ 49 ] [ 50 ] [ 51 ]}ถึงกระนั้น Thorniley ก็ยังลงเล่นครบ 22 นัดในทุกรายการแข่งขัน

ก่อนเริ่มฤดูกาล 2019–20 ธอร์นิลีย์ออกจากแคมป์ฝึกซ้อมก่อนเปิดฤดูกาลของสโมสรในโปรตุเกสหลังจากได้รับบาดเจ็บ^{[ 52 ]}ธอร์นิลีย์ตอบโต้ข้อกล่าวอ้างที่ว่าอาการบาดเจ็บไม่ใช่เหตุผลที่ทำให้เขาออกจากแคมป์ฝึกซ้อมก่อนเปิดฤดูกาลของสโมสรในโปรตุเกส แต่เป็นเหตุผลส่วนตัว^{[ 53 ]}อย่างไรก็ตาม ธอร์นิลีย์พบว่าตัวเองตกอยู่ในลำดับท้ายๆ ในการแข่งขันป้องกันของสโมสร^{[ 54 ] [ 55 ] [ 56 ]}ถึงกระนั้น เขาก็ได้ลงเล่นให้ทีมสองนัดในฤดูกาลนี้ ซึ่งทั้งสองนัดมาจากการแข่งขันลีกคัพ^{[ 57 ] [ 58 ] [ 59 ]}

เมื่อวันที่ 1 มกราคม 2020 ธอร์นิลีย์ได้เข้าร่วมทีมแบล็คพูลด้วยค่าตัวที่ไม่เปิดเผย โดยมีสัญญาสองปีครึ่ง และแบล็คพูลมีสิทธิ์ต่อสัญญาออกไปอีกหนึ่งปี^{[ 60 ] [ 61 ]}เมื่อเข้าร่วมทีมแบล็คพูล เขาให้เหตุผลว่าต้องการลงเล่นในทีมชุดใหญ่ และได้รับเสื้อหมายเลขสี่^{[ 62 ]}

ในเดือนสิงหาคม พ.ศ. 2564 เขาย้ายไปเล่นให้Oxford United แบบยืม ตัว^{[ 63 ] [ 64 ]}เขากลับมาที่แบล็คพูลในวันที่ 24 มกราคม พ.ศ. 2565 ^{[ 65 ]}

เมื่อวันที่ 14 มีนาคม 2023 ธอร์นิลีย์ทำประตูแรกในระดับอาชีพของเขาได้ในเกมที่แบล็คพูลชนะควีนส์ปาร์คเรนเจอร์ส 6–1 ^{[ 66 ]}

ในเดือนมิถุนายน พ.ศ. 2566 มีการประกาศว่าเขาจะเซ็นสัญญากับอ็อกซ์ฟอร์ด ยูไนเต็ดในวันที่ 1 กรกฎาคม พ.ศ. 2566 ^{[ 67 ]}

เมื่อวันที่ 17 กรกฎาคม 2025 ธอร์นิลีย์ย้ายไปร่วมทีมนอร์ทแธมป์ตันทาวน์ ในลีก วันด้วยสัญญายืมตัวตลอดฤดูกาล^{[ 68 ] [ 69 ]}เมื่อวันที่ 5 มกราคม 2026 มีการประกาศว่าเขาถูกเรียกตัวกลับจากการยืมตัว^{[ 70 ]}สัญญาของเขากับอ็อกซ์ฟอร์ดถูกยกเลิกโดยความยินยอมร่วมกันในเดือนกุมภาพันธ์ 2026 ^{[ 71 ]}