Thorne nació en Pembroke Pines, Florida, hija de Tamara y Delancey Reinaldo « Rey » Thorne. Ella tiene tres hermanos mayores, Kaili, Danielle, y Remy, que también son actores. Su padre era de ascendencia cubana. Thorne ha declarado que es también de ascendencia italiana e irlandesa.
Thorne ha disfrutado de una larga carrera como modelo infantil. Desde que apareció en su primer pictórico para una revista para padres a la edad de seis semanas, Thorne ha protagonizado campañas publicitarias de televisión para Digital Light Processing, Publix, y KFC, y apareciendo en anuncios impresos para marcas como Barbie, ALDO K!DS, JLO by Jennifer López, Kaiya Eve Couture, LaSenza Girl, Tommy Hilfiger, Ralph Lauren, Guess?, Target, Justice y Mudd para Kohls. También modeló para Sears.
Su primera aparición en el cine un papel sin acreditar como una fan sideline en la película de 2003 Stuck on You. Desde entonces ha aparecido en proyectos de cine y televisión, incluyendo Jimmy Kimmel Live!, Entourage, The O.C. (como una versión más joven de Taylor Townsend), el tercer episodio último de October Road (como Angela Ferilli, el interés amoroso preadolescente de los personajes principales; su hermano mayor, Remy también fue estrella invitada en el mismo episodio como un joven Eddie Latekka), y cinco episodios de Dirty Sexy Money (como Margaux Darling). En 2007 apareció como una joven atormentada por visiones sobrenaturales en The Seer.
En 2008, protagonizó junto a Christian Slater y Taylor Lautner en la serie dramática de corta duración My Own Worst Enemy, por la que ganó un Young Artist Award por su interpretación del personaje Ruthy Spivey ; Thorne describió su casting Enemigo como un gran avance, ya que era el primer papel recurrente en su carrera. Luego apareció en los diez episodios webserie Little Monk, que representan personajes de la serie Monk como niños. En 2009, obtuvo el papel de la antagonista vengativa en la película de terror Forget Me Not.
En 2010, Thorne se unió al elenco de la serie de HBO Big Love en su cuarta temporada, en sustitución de Jolean Wejbe en el papel de la hija de Bill Henrickson, Tancy 'Teeny' Henrickson (a pesar de que en realidad había hecho una audición para un papel diferente).
